C++ 多态

多态是C++面向对象三大特性之一

多态分类

● 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

#include<iostream>
using namespace std;
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 << "Animal speak" << endl;
    }
};
class Cat : public Animal{
public:
    void speak(){
        cout << "Cat speak" << endl;
    }
};
class Dog : public Animal{
public:
    void speak(){
        cout << "Dog speak" << 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
//  这个地方加& 不知道为啥？ 如果不加& 会调用animal的speak函数
void speak(Animal &animal){
    animal.speak();
}
int main() {
    Cat cat;
    speak(cat);
    Dog dog;
    speak(dog);

    return 0;
}

全局speak函数那里参数加了引用&，不知道是为啥，但是去了引用符号，调用的是父类的speak函数。

问了gpt。

在这个情况下，speak函数参数为Animal &animal，它需要一个Animal类型的引用作为参数。当你调用speak函数时，如果不加&，则会执行静态联编，即编译器会根据参数的静态类型来确定调用的函数。因此，无论传递给speak函数的对象是Animal、Cat还是Dog，都会调用Animal类中的speak函数，这就是所谓的静态联编。

但是，你想要实现的是动态联编，即在运行时根据对象的实际类型来确定调用的函数。为了实现动态联编，你需要使用指针或引用。在这种情况下，将参数声明为Animal &或Animal *都可以实现动态联编。加上&的作用是声明一个引用，即允许你传递Animal及其派生类的对象，而不仅仅是Animal对象。这样，在运行时，函数调用将根据对象的实际类型来确定。

#include<iostream>
using namespace std;
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 << "Animal speak" << endl;
    }
};
class Cat : public Animal{
public:
    void speak(){
        cout << "Cat speak" << endl;
    }
};
class Dog : public Animal{
public:
    void speak(){
        cout << "Dog speak" << 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
//  这个地方加& 不知道为啥？ 如果不加& 会调用animal的speak函数
void speak(Animal &animal){
    animal.speak();
}
int main() {
    Cat cat;
    speak(cat);
    Dog dog;
    speak(dog);
    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。

多态小案例：计算器实现：

#include<iostream>
using namespace std;
//普通实现
class Calculator {
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;
        }
//如果要提供新的运算，需要修改源码
    }
public:
    int m_Num1;
    int m_Num2;
};
void test01()
{
//普通实现测试
    Calculator c;
    c.m_Num1 = 10;
    c.m_Num2 = 10;
    cout << c.m_Num1 << " + " << c.m_Num2 << " = " << c.getResult("+") << endl;
    cout << c.m_Num1 << " - " << c.m_Num2 << " = " << c.getResult("-") << endl;
    cout << c.m_Num1 << " * " << c.m_Num2 << " = " << c.getResult("*") << endl;
}
//多态实现
//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 AbstractCalculator
{
public :
    virtual int getResult()
    {
        return 0;
    }
    int m_Num1;
    int m_Num2;
};
//加法计算器
class AddCalculator :public AbstractCalculator
{
public:
    int getResult()
    {
        return m_Num1 + m_Num2;
    }
};
//减法计算器
class SubCalculator :public AbstractCalculator
{
public:
    int getResult()
    {
        return m_Num1 - m_Num2;
    }
};
//乘法计算器
class MulCalculator :public AbstractCalculator
{
public:
    int getResult()
    {
        return m_Num1 * m_Num2;
    }
};
void test02()
{
//创建加法计算器
    AbstractCalculator *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
//创建减法计算器
    abc = new SubCalculator;
    abc->m_Num1 = 10;
    abc->m_Num2 = 10;
    cout << abc->m_Num1 << " - " << abc->m_Num2 << " = " << abc->getResult() << endl;
    delete abc;
//创建乘法计算器
    abc = new MulCalculator;
    abc->m_Num1 = 10;
    abc->m_Num2 = 10;
    cout << abc->m_Num1 << " * " << abc->m_Num2 << " = " << abc->getResult() << endl;
    delete abc;
}
int main() {
//test01();
    test02();

    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

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;
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
{
public:
    virtual void func()
    {
        cout << "func调用" << endl;
    };
};
void test01()
{
    Base * base = NULL;
//base = new Base; // 错误，抽象类无法实例化对象
    base = new Son;
    base->func();
    delete base;//记得销毁
}
int main() {
    test01();
    return 0;
}

纯虚函数案例：

#include<iostream>
using namespace std;
//抽象制作饮品
class AbstractDrinking {
public:
//烧水
    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;
//规定流程
    void MakeDrink() {
        Boil();
        Brew();
        PourInCup();
        PutSomething();
    }
};
//制作咖啡
class Coffee : public AbstractDrinking {
public:
//烧水
    virtual void Boil() {
        cout << "煮农夫山泉!" << endl;
    }
//冲泡
    virtual void Brew() {
        cout << "冲泡咖啡!" << endl;
    }
//倒入杯中
    virtual void PourInCup() {
        cout << "将咖啡倒入杯中!" << endl;
    }
//加入辅料
    virtual void PutSomething() {
        cout << "加入牛奶!" << endl;
    }
};
//制作茶水
class Tea : public AbstractDrinking {
public:
//烧水
    virtual void Boil() {
        cout << "煮自来水!" << endl;
    }
//冲泡
    virtual void Brew() {
        cout << "冲泡茶叶!" << endl;
    }
//倒入杯中
    virtual void PourInCup() {
        cout << "将茶水倒入杯中!" << endl;
    }
//加入辅料
    virtual void PutSomething() {
        cout << "加入枸杞!" << endl;
    }
};
//业务函数
void DoWork(AbstractDrinking* drink) {
    drink->MakeDrink();
    delete drink;
}
int main() {
    DoWork(new Coffee());
    DoWork(new Tea());
    return 0;
}

 虚析构和纯虚析构

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：
virtual ~类名() = 0;
类名::~类名(){}

#include<iostream>
using namespace std;
class Animal {
public:
    Animal()
    {
        cout << "Animal 构造函数调用！" << endl;
    }
    virtual void Speak() = 0;
//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 << "Cat构造函数调用！" << endl;
        m_Name = new string(name);
    }
    virtual void Speak()
    {
        cout << *m_Name << "小猫在说话!" << endl;
    }
    ~Cat()
    {
        cout << "Cat析构函数调用!" << endl;
        if (this->m_Name != NULL) {
            delete m_Name;
            m_Name = NULL;
        }
    }
public:
    string *m_Name;   //子类再堆区开辟内存空间
};
void test01()
{
    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
//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();
    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