[c++学习笔记11]：类和对象——多态

多态是C++面向对象三大特性之一（封装，继承，多态）

一、多态的基本语法

多态分为两类

• 静态多态: 函数重载 和 运算符重载属于静态多态，复用函数名
• 动态多态: 派生类和虚函数实现运行时多态。

静态多态和动态多态区别：

• 静态多态的函数地址早绑定 - 编译阶段确定函数地址
• 动态多态的函数地址晚绑定 - 运行阶段确定函数地址

案例：

• 在父类加virtual，编译器编译时候就无法确定函数调用了。
• //Speak函数就是虚函数
  //函数前面加上virtual关键字，变成虚函数，那么编译器在编译的时候就不能确定函数调用了。

//我们希望传入什么对象，那么就调用什么对象的函数
//如果函数地址在编译阶段就能确定，那么静态联编
//如果函数地址在运行阶段才能确定，就是动态联编
多态满足条件：

1. 有继承关系
2. 子类重写父类的虚函数

多态的使用：
父类指针或者引用指向子类对象！

#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>
//多态语法
class Animal
{
public:
	//Speak函数就是虚函数
	//函数前面加上virtual关键字，变成虚函数，那么编译器在编译的时候就不能确定函数调用了。
	virtual void Speak()
	{
		cout << "动物在说话" << endl;
	}
};
class Sheep : public Animal
{
public:
	virtual void Speak()  //virtual在此处可加可不加
	{
		cout << "羊驼在说话" << endl;
	}

};
class Dog : public Animal 
{
	void Speak()
	{
		cout << "小狗狗在说话" << endl;
	}
};
//我们希望传入什么对象，那么就调用什么对象的函数
//如果函数地址在编译阶段就能确定，那么静态联编
//如果函数地址在运行阶段才能确定，就是动态联编
void doSpeak(Animal& animal)
{
	animal.Speak();
}
//
//多态满足条件： 
//1、有继承关系
//2、子类重写父类中的虚函数
//多态使用：
//父类指针或引用指向子类对象

void test01()
{
	Dog d1;
	doSpeak(d1);
	Sheep s1;
	doSpeak(s1);

}
int main() {

	test01();
	//test02();

	system("pause");

	return 0;
}

总结：

多态满足条件

• 有继承关系
• 子类重写父类中的虚函数

多态使用条件

• 父类指针或引用指向子类对象

重写：函数返回值类型 函数名 参数列表 完全一致称为重写。

二、多态原理剖析

cat类重写虚函数之后，可以把vftable 变成 &cat.Speak(),因此可以实现。
详情如上图。

三、多态案例一-计算器类

分别利用普通写法和多态技术，设计实现两个操作数进行运算的计算器类
（多态代码比较多。）
多态的优点：

• 代码组织结构清晰
• 可读性强
• 利于前期和后期的扩展以及维护

#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>
class AbstructCalculater//普通实现
{
public:
	int getresult(string oper)
	{
		if (oper == "+")
			return m_num1 + m_num2;
		else if (oper=="-")
			return m_num1 - m_num2;
		else if (oper == "*")
			return m_num1 * m_num2;
	}
	int m_num1;
	int m_num2;
	//如果想扩展新的功能——需要改代码 
	//或在开发中，提倡开闭原则
	//开闭原则：对扩展进行开发，对修改进行关闭
};
void test01()
{
	//普通实现测试
	AbstructCalculater s;
	s.m_num1 = 10;
	s.m_num2 = 10;
	cout << s.m_num1 << "+" << s.m_num2 << "=" << s.getresult("+")<<endl;
	cout << s.m_num1 << "-" << s.m_num2 << "=" << s.getresult("-")<<endl;
	cout << s.m_num1 << "*" << s.m_num2 << "=" << s.getresult("*") << endl;
}
//利用多态计算器
//抽象计算器类
//多态优点：代码组织结构清晰，可读性强，利于前期和后期的扩展以及维护
class Calculator
{
public:
	virtual int getResult()
	{
		return 0;
	}
	int m_num1;
	int m_num2;
};
class Addcalculator :public Calculator//加法计算器
{
public:
	virtual int getResult()
	{
		return m_num1+m_num2;
	}
};
class Subcalculator :public Calculator//减法计算器
{
public:
	virtual int getResult()
	{
		return m_num1 - m_num2;
	}
};
class Mulcalculator :public Calculator//乘法计算器
{
public:
	virtual int getResult()
	{
		return m_num1 * m_num2;
	}
};
void test02()
{
	//创建加法计算器
	Calculator* abc = new Addcalculator;
	abc->m_num1 = 10;
	abc->m_num2 = 10;
	cout << abc->m_num1 << "+" << abc->m_num2 << "=" << abc->getResult() << endl;
	delete abc; //用完了记得销毁
	abc = new Subcalculator;//创建减法计算器
	abc->m_num1 = 10;
	abc->m_num2 = 10;
	cout << abc->m_num1 << "-" << abc->m_num2 << "=" << abc->getResult() << endl;
	delete abc; //用完了记得销毁
	abc = new Mulcalculator;	//创建乘法计算器
	abc->m_num1 = 10;
	abc->m_num2 = 10;
	cout << abc->m_num1 << "*" << abc->m_num2 << "=" << abc->getResult() << endl;
	delete abc; //用完了记得销毁
}
int main()
{
	test01();
	test02();
	system("pause");
	return 0;
}

总结：C++开发提倡利用多态设计程序架构，因为多态优点很多

四、纯虚函数和抽象类

在多态中，通常父类中虚函数的实现是毫无意义的，主要都是调用子类重写的内容

因此可以将虚函数改为纯虚函数

纯虚函数语法：virtual 返回值类型 函数名 （参数列表）= 0 ;

当类中有了纯虚函数，这个类也称为抽象类

抽象类特点：

• 无法实例化对象
• 子类必须重写抽象类中的纯虚函数，否则也属于抽象类

#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>
//纯虚函数和抽象类
class Base
{
public:
	//纯虚函数
	//类中只要有一个纯虚函数就称为抽象类
	//抽象类无法实例化对象
	//子类必须重写父类中的纯虚函数，否则也属于抽象类
	virtual void func() = 0;
};

class Son:public Base//乘法计算器
{
public:
	virtual void func()
	{
		cout << "func()的调用" << endl;
	}
};
void test02()
{

//	Base a;//无法实例化对象
//	Son a;
	Base* a = new Son;
	a->func();
	delete a;
}
int main()
{
//	test01();
	test02();
	system("pause");
	return 0;
}

五、制作饮品案例

制作饮品的大致流程为：煮水 - 冲泡 - 倒入杯中 - 加入辅料

利用多态技术实现本案例，提供抽象制作饮品基类，提供子类制作咖啡和茶叶

#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>
//设计饮品
class Abstructmaker
{
public:
	//煮水
	virtual void Boil()= 0;
	//冲泡
	virtual void Brew() = 0;
	//倒入杯中
	virtual void PourInCup() = 0;
	//加入辅料
	virtual void PutSomething() = 0;
	void Makedrink()
	{
		Boil();
		Brew();
		PourInCup();
		PutSomething();
	}
};
class coffee :public Abstructmaker
{
	//煮水
	virtual void Boil()
	{
		cout << "加入农夫山泉" << endl;
	}
	//冲泡
	virtual void Brew()
	{
		cout << "冲泡咖啡" << endl;
	}
	//倒入杯中
	virtual void PourInCup()
	{
		cout << "倒入马克杯中" << endl;
	}
	//加入辅料
	virtual void PutSomething()
	{
		cout << "加入珍珠" << endl;
	}
};
class tea :public Abstructmaker
{
	//煮水
	virtual void Boil()
	{
		cout << "加入国宴山泉" << endl;
	}
	//冲泡
	virtual void Brew()
	{
		cout << "冲泡茶叶" << endl;
	}
	//倒入杯中
	virtual void PourInCup()
	{
		cout << "倒入小杯中" << endl;
	}
	//加入辅料
	virtual void PutSomething()
	{
		cout << "加入柠檬" << endl;
	}
};
void dowork(Abstructmaker* p)
{
	p->Makedrink();
	delete p;
}
void test02()
{
	dowork(new coffee);
	cout << "————————华丽分割线————————————" << endl;
	dowork(new tea);

}
int main()
{
//	test01();
	test02();
	system("pause");
	return 0;
}

六、虚析构和纯虚析构

多态使用时，如果子类中有属性开辟到堆区，那么父类指针在释放时无法调用到子类的析构代码

解决方式：将父类中的析构函数改为虚析构或者纯虚析构

虚析构和纯虚析构共性：

• 可以解决父类指针释放子类对象
• 都需要有具体的函数实现

虚析构和纯虚析构区别：

• 如果是纯虚析构，该类属于抽象类，无法实例化对象

虚析构语法：

virtual ~类名(){}

纯虚析构语法：
类内：
virtual ~类名() = 0;
在类外：
类名::~类名(){}

#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>
//设计饮品
class Animal
{
public:
	Animal()
	{
		cout << "Animal构造函数的调用" << endl;
	}
	virtual void speak() = 0;//纯虚函数

	//析构函数加上virtual关键字，变成虚析构函数
	/*virtual ~Animal()
	{
		cout << "Animal虚析构函数的调用" << endl;
	}*/
	virtual ~Animal() = 0;

};
Animal::~Animal()
{
	cout << "Animal 纯虚析构函数调用！" << endl;
}
//和包含普通纯虚函数的类一样，包含了纯虚析构函数的类也是一个抽象类。不能够被实例化。

class Cat :public Animal
{
public:
	Cat(string name)
	{
		cout << "猫猫构造函数的调用" << endl;
		m_name = new string(name);
	}
	virtual void speak()
	{
		cout << *m_name << "小猫在说话" << endl;
	}
	~Cat()
	{
		if (this->m_name != NULL)
		{
			delete m_name;
			m_name = NULL;
		}
		cout << "小猫析构函数的调用" << endl;
	}
	string *m_name;

};
void test02()
{
	Animal* animal = new Cat("Tom");
	animal->speak();
	//通过父类指针去释放，会导致子类对象可能清理不干净，造成内存泄漏
	//怎么解决？给基类增加一个虚析构函数，或者纯虚析构函数
	//虚析构函数就是用来解决通过父类指针释放子类对象
	delete animal;
}
int main()
{
//	test01();
	test02();
	system("pause");
	return 0;
}

总结：

​ *1. 虚析构或纯虚析构就是用来解决通过父类指针释放子类对象

​ *2. 如果子类中没有堆区数据，可以不写为虚析构或纯虚析构

​ *3. 拥有纯虚析构函数的类也属于抽象类，不能实例化。

七、电脑组装案例

​
电脑主要组成部件为 CPU（用于计算），显卡（用于显示），内存条（用于存储）

将每个零件封装出抽象基类，并且提供不同的厂商生产不同的零件，例如Intel厂商和Lenovo厂商

创建电脑类提供让电脑工作的函数，并且调用每个零件工作的接口

测试时组装三台不同的电脑进行工作

#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>
//电脑组装
//抽象CPU类
class CPU
{
public:
//抽象的计算函数
	virtual void calculate() = 0;
};
class GPU//抽象显卡类
{
public:
	virtual void display() = 0;//抽象的显示函数
};
class Memory//抽象内存条类
{
public:
	virtual void storage() = 0;//抽象的存储函数
};
class Computer//电脑类
{
public:
	Computer(CPU *cpu,GPU *gpu,Memory *memory)
	{
		m_cpu = cpu;
		m_gpu = gpu;
		m_memory = memory;
	}
	void work()//提供工作的函数
	{
	//让零件工作起来，调用接口
		m_cpu->calculate();
		m_gpu->display();
		m_memory->storage();
	}
	~Computer()	//提供析构函数 释放3个电脑零件
	{
	//释放CPU零件
		if (m_cpu != NULL)
		{
			delete m_cpu;
			m_cpu = NULL;
		}
		//释放显卡零件
		if (m_gpu != NULL)
		{
			delete m_gpu;
			m_gpu = NULL;
		}
		//释放内存条零件
		if (m_memory != NULL)
		{
			delete m_memory;
			m_memory = NULL;
		}
	}
private:
	CPU *m_cpu;//CPU的零件指针
	GPU *m_gpu;//显卡零件指针
	Memory *m_memory;//内存条零件指针
};
//具体厂商
//Intel厂商
class IntelCPU :public CPU
{
public:
	virtual void calculate()
	{
		cout << "Intel的CPU开始计算了！   " << endl;
	}
};
class IntelGPU :public GPU
{
public:
	virtual void display()
	{
		cout << "Intel的GPU开始xian显示了！   " << endl;
	}
};
class IntelNC :public Memory
{
public:
	virtual void storage()
	{
		cout << "Intel的内存条开始存储了！   " << endl;
	}
};
//Lenovo厂商
class LenovoCPU :public CPU
{
public:
	virtual void calculate()
	{
		cout << "Lenovo的CPU开始计算了！   " << endl;
	}
};
class LenovoGPU :public GPU
{
public:
	virtual void display()
	{
		cout << "Lenovo的GPU开始xian显示了！   " << endl;
	}
};
class LenovoNC :public Memory
{
public:
	virtual void storage()
	{
		cout << "联想的内存条开始存储了！   " << endl;
	}
};
void test02()
{
	//第一台电脑
	CPU* IntelCpu = new IntelCPU;
	GPU* IntelGpu = new IntelGPU;
	Memory* Intelnc = new IntelNC;
	cout << "第一台电脑开始工作...." << endl;
	Computer* computer1 = new Computer(IntelCpu, IntelGpu, Intelnc);
	computer1->work();
	delete computer1;
	//第二个电脑
	cout << "-------------------------------------------" << endl;
	cout << "第2台电脑开始工作...." << endl;
	Computer* computer2 = new Computer(new LenovoCPU, new LenovoGPU, new LenovoNC);
	computer2->work();
	delete computer2;
	//第三台电脑
	cout << "-------------------------------------------" << endl;

	cout << "第3台电脑开始工作...." << endl;
	Computer* computer3 = new Computer(new LenovoCPU,new  IntelGPU, new IntelNC);
	computer3->work();
	delete computer3;

}
int main() {

	//test01();

	test02();

	system("pause");

	return 0;
}

多态学习over…