C++特性之多态

今天学习了一下多态的有关知识。

在《C++ Primer》书中,多态特性似乎只在书的后半部分 oo 里面提到。虽然是面向对象中很重要的一个概念,但是并未单独开出一个章节来介绍。

网上找了一些多态的介绍和程序,总结如下:
其底层含义是大内存(父类)中套着许多小内存(子类)

// 父类
class animal
{
public:
    virtual void enjoy()
    {
        std::cout << "bark" << std::endl;
    }
};

// 子类
class dog:public animal
{
public:
    void enjoy()
    {
        std::cout << "dog" << std::endl;
    }
};

如果调用的是小内存(子类)中继承自大内存(父类)的方法,那么会自动调用子类的方法

// 声明一个类型为dog的变量,指向该变量d的animal型指针p来调用多态的函数
    dog d;
    animal *p = &d;
    p->enjoy();

与之对比的是,声明一个animal变量直接调用enjoy方法

// 直接调用父类中enjoy函数
    animal dd;
    dd.enjoy();

如果借助另外一个类来实现的话:

class lady
{
public:
    animal *a;
    lady(animal *oo):a(oo){} // 给成员变量a赋值,即a指向animal类型的变量oo
    void bark()
    {
        a->enjoy();
    }
};

调用时区分的是传给上述类构造函数的指针是指向父类还是指向子类的

lady anna(new dog()); // 转到类lady的构造函数,anna指向新开辟的dog缓冲区
    anna.bark(); // 此时调用bark,是dog类的方法

    lady jane(new animal());// 转到类lady的构造函数,anna指向新开辟的animal缓冲区
    jane.bark(); // 此时调用bark,是animal类的方法

如此一来,代码的自由度将大大提高。多态不愧是面向对象中最核心的特征。

<think>嗯,用户想了解C++中的继承、多态和接口相关的用法,特别是实现和使用教程。首先,我需要回忆一下C++的这些概念。继承是面向对象编程中的一个核心概念,允许子类继承父类的属性和方法。多态则是通过虚函数实现的,使得不同子类对象可以对同一方法有不同的实现。接口在C++中通常通过纯虚函数和抽象类来实现,类似于Java中的接口。 用户提供的三个引用里提到了一些关键点。引用1提到多态性允许根据对象实际类型调用不同函数版本,这涉及到虚函数表和动态绑定。引用2给出了一个具体的代码示例,展示了基类A1和派生类B1、C1中的虚函数重写。引用3指出子类可以拥有父类的非私有属性和方法,并可以扩展或重写它们。 用户可能需要一个结构化的教程,涵盖基本概念、语法、接口实现方法以及实际应用示例。首先应该解释继承的基本用法,比如公有继承、保护继承和私有继承的区别,但通常主要使用公有继承。然后是多态,需要详细说明虚函数的作用,以及如何通过基类指针或引用调用派生类的方法。接口的实现部分需要介绍纯虚函数和抽象类,因为C++没有专门的接口关键字,但可以通过纯虚类模拟接口。 接下来要考虑用户可能的疑问点。例如,虚函数表的工作原理,这在引用1和2中都有涉及,可能需要简要解释。另外,构造函数和析构函数在继承中的注意事项,特别是虚析构函数的重要性,避免资源泄漏。还有override和final关键字的用法,这些C++11引入的特性可以帮助避免错误,提高代码可读性。 实际应用场景方面,可以举例说明多态在框架设计中的用途,比如插件系统或GUI事件处理,这些地方需要统一的接口但不同的实现。性能方面,可能需要提到虚函数调用会有一定的开销,但通常可以忽略,除非在极端性能敏感的场景。 最后,生成相关问题时,需要考虑用户可能进一步想知道的内容,比如虚函数表的具体结构,多态的性能影响,设计模式中的应用,以及如何避免常见的陷阱如对象切片等。这些问题可以帮助用户深入理解并正确应用这些概念。</think>### C++继承与多态详解:接口实现与应用 #### 一、继承基础 1. **核心概念** - 子类继承父类非`private`成员属性和方法[^3] - 继承类型:`public`/`protected`/`private`(常用`public`) - 代码示例: ```cpp class Animal { public: void eat() { cout << "Eating" << endl; } }; class Cat : public Animal { public: void meow() { cout << "Meow!" << endl; } }; ``` 2. **内存结构** 子类对象包含父类子对象,内存布局为:父类成员在前,子类新增成员在后[^1] #### 二、多态实现 1. **虚函数机制** - 虚函数声明:`virtual void func()` - 虚函数表(vtable)存储函数指针 - 代码示例: ```cpp class Shape { public: virtual void draw() = 0; // 纯虚函数 virtual ~Shape() {} // 虚析构函数 }; class Circle : public Shape { public: void draw() override { cout << "Drawing circle" << endl; } }; ``` 2. **多态调用** 通过基类指针/引用实现动态绑定: ```cpp Shape* shape = new Circle(); shape->draw(); // 输出"Drawing circle" delete shape; ``` #### 三、接口实现 C++通过纯虚函数实现接口: ```cpp class IPrintable { public: virtual void print() const = 0; virtual ~IPrintable() = default; }; class Document : public IPrintable { public: void print() const override { cout << "Printing document" << endl; } }; ``` #### 四、关键实践技巧 1. **override关键字** 明确表示覆盖父类虚函数,增强代码可读性: ```cpp class Derived : public Base { public: void func() override { ... } }; ``` 2. **虚析构函数** 必须为多态基类声明虚析构函数,防止内存泄漏: ```cpp class Base { public: virtual ~Base() = default; }; ``` 3. **final关键字** 禁止类被继承或方法被重写: ```cpp class FinalClass final { ... }; class Base { public: virtual void func() final { ... } }; ``` #### 五、典型应用场景 1. GUI框架:不同控件统一事件处理接口 2. 插件系统:通过基类接口扩展功能 3. 算法策略:运行时选择不同算法实现
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