C++多态特性详解：从原理到实践_多态实现回调机制-优快云博客

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C++多态特性详解：从原理到实践

大家好，今天我们来聊聊C++中一个非常重要的特性——多态（Polymorphism）。多态是面向对象编程的三大特性之一（另外两个是封装和继承），它可以让代码更加灵活、可扩展。本文将从多态的概念、实现方式、应用场景等方面，带大家彻底搞懂C++的多态特性！

1. 什么是多态？

多态是指同一个接口可以表现出不同的行为。在C++中，多态通常通过基类的指针或引用来调用派生类的重写函数，从而实现“一个接口，多种实现”。

1.1 多态的分类

编译时多态：通过函数重载和运算符重载实现，在编译时确定调用哪个函数。
运行时多态：通过虚函数和继承实现，在运行时确定调用哪个函数。

1.2 多态的优点

代码复用：通过基类接口调用派生类实现，减少代码重复。
扩展性强：新增派生类时，无需修改基类代码。
灵活性高：可以根据运行时对象类型调用不同的函数。

2. 编译时多态

编译时多态主要通过函数重载和运算符重载实现。

2.1 函数重载

函数重载是指在同一作用域内定义多个同名函数，但参数列表不同。

#include <iostream>
using namespace std;

void print(int i) {
    cout << "Integer: " << i << endl;
}

void print(double d) {
    cout << "Double: " << d << endl;
}

void print(string s) {
    cout << "String: " << s << endl;
}

int main() {
    print(10);        // 调用 print(int)
    print(3.14);      // 调用 print(double)
    print("Hello");   // 调用 print(string)
    return 0;
}

2.2 运算符重载

运算符重载是指为自定义类型定义运算符的行为。

#include <iostream>
using namespace std;

class Complex {
public:
    double real, imag;
    Complex(double r = 0, double i = 0) : real(r), imag(i) {}

    Complex operator+(const Complex& other) {
        return Complex(real + other.real, imag + other.imag);
    }
};

int main() {
    Complex c1(1, 2), c2(3, 4);
    Complex c3 = c1 + c2;  // 调用运算符重载
    cout << "c3 = (" << c3.real << ", " << c3.imag << ")" << endl;
    return 0;
}

3. 运行时多态

运行时多态主要通过虚函数和继承实现。

3.1 虚函数

虚函数是在基类中使用virtual关键字声明的函数，派生类可以重写（override）这些函数。

#include <iostream>
using namespace std;

class Animal {
public:
    virtual void speak() {
        cout << "Animal speaks" << endl;
    }
};

class Dog : public Animal {
public:
    void speak() override {
        cout << "Dog barks" << endl;
    }
};

class Cat : public Animal {
public:
    void speak() override {
        cout << "Cat meows" << endl;
    }
};

int main() {
    Animal* animal1 = new Dog();
    Animal* animal2 = new Cat();

    animal1->speak();  // 输出: Dog barks
    animal2->speak();  // 输出: Cat meows

    delete animal1;
    delete animal2;
    return 0;
}

3.2 纯虚函数与抽象类

纯虚函数是在基类中声明但不实现的虚函数，包含纯虚函数的类称为抽象类，不能实例化。

#include <iostream>
using namespace std;

class Shape {
public:
    virtual void draw() = 0;  // 纯虚函数
};

class Circle : public Shape {
public:
    void draw() override {
        cout << "Drawing Circle" << endl;
    }
};

class Square : public Shape {
public:
    void draw() override {
        cout << "Drawing Square" << endl;
    }
};

int main() {
    Shape* shape1 = new Circle();
    Shape* shape2 = new Square();

    shape1->draw();  // 输出: Drawing Circle
    shape2->draw();  // 输出: Drawing Square

    delete shape1;
    delete shape2;
    return 0;
}