C++ 通过基类的指针或引用调用派生类的重写方法

TsuanS

于 2025-03-01 20:27:07 发布

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文章标签： c++ 开发语言

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在 C++ 中，通过 基类的指针或引用 调用派生类的重写方法，而不需要知道具体的派生类类型。

1. 为什么要用基类引用/指针调用虚函数？

C++ 的多态性允许我们使用 基类的引用或指针 来操作派生类对象，从而在运行时调用 派生类重写的虚函数，这提高了代码的可扩展性和灵活性。

2. 代码实现示例

（1）基类和派生类的关系

我们定义一个 基类 Animal，它有一个 虚函数 speak()，然后定义 两个派生类 Dog 和 Cat，它们重写了 speak() 方法。

#include <iostream>
using namespace std;

class Animal {
public:
    virtual void speak() {  // 虚函数
        cout << "Animal makes a sound!" << endl;
    }
};

class Dog : public Animal {
public:
    void speak() override {  // 重写虚函数
        cout << "Dog barks: Woof woof!" << endl;
    }
};

class Cat : public Animal {
public:
    void speak() override {  // 重写虚函数
        cout << "Cat meows: Meow meow!" << endl;
    }
};

（2）使用基类引用调用虚函数

在 main 函数中，我们可以创建 Dog 和 Cat 的实例，但通过 基类 Animal& 的引用 来调用 speak()，这样就能在运行时调用派生类的 speak()。

int main() {
    Dog myDog;
    Cat myCat;

    Animal& animalRef1 = myDog;  // 用基类引用指向派生类对象
    Animal& animalRef2 = myCat;

    animalRef1.speak();  // 调用 Dog::speak()
    animalRef2.speak();  // 调用 Cat::speak()

    return 0;
}

（3）运行结果

Dog barks: Woof woof!
Cat meows: Meow meow!

这里，animalRef1.speak() 并不会调用 Animal::speak()，而是 动态绑定 到 Dog::speak()，因为 speak() 是虚函数。

3. 也可以使用基类指针

类似地，我们也可以使用 基类指针 而不是引用。

int main() {
    Dog myDog;
    Cat myCat;

    Animal* animalPtr1 = &myDog;  // 用基类指针指向派生类对象
    Animal* animalPtr2 = &myCat;

    animalPtr1->speak();  // 调用 Dog::speak()
    animalPtr2->speak();  // 调用 Cat::speak()

    return 0;
}

运行结果与引用的方式一致：

Dog barks: Woof woof!
Cat meows: Meow meow!

4. 关键点总结

虚函数 + 基类引用/指针 = 运行时多态
- 只有 虚函数（virtual 关键字）才能在运行时实现动态绑定，否则会调用基类的函数。
基类引用或指针指向派生类对象
- 这样可以在 不改变代码 的情况下扩展新功能，例如新增 Bird 类，也可以直接使用 Animal& 处理，而不影响原有代码。
使用 override 关键字
- override 可以避免函数签名错误，确保派生类确实重写了基类的虚函数。

5. 为什么不用对象本身？

如果我们直接使用 对象本身 而不是基类引用/指针，那么即使 speak() 是虚函数，也不会有动态绑定：

int main() {
    Dog myDog;
    myDog.speak();  // 直接调用 Dog::speak()

    Animal myAnimal = myDog;  // 发生了 "对象切片"（slicing），只保留基类部分
    myAnimal.speak();  // 调用的是 Animal::speak()，而不是 Dog::speak()

    return 0;
}

结果：

Dog barks: Woof woof!
Animal makes a sound!

因为 Animal myAnimal = myDog; 发生了对象切片（slicing），只保留了 Animal 的部分，所以 myAnimal.speak() 调用的是 Animal::speak()，而不是 Dog::speak()。

6. 什么时候用基类引用调用虚函数？

面向对象编程中的多态
- 让代码更具扩展性，例如可以新增不同的 Animal，而不改变现有代码。
接口设计
- 例如 std::ostream& 是 cout、ofstream 等类的基类，ostream& 可以调用不同的 write 方法。
避免对象切片
- 直接使用对象（值传递）可能导致对象切片，而引用/指针不会。