深入理解C++多态性与虚函数-优快云博客

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深入理解C++多态性与虚函数

背景简介

在软件开发中，多态性是面向对象编程（OOP）的一个核心概念。通过多态性，我们能够通过基类的引用来操作不同的派生类对象，而无需关心具体是哪一个派生类。C++作为一门支持OOP的语言，通过虚函数提供了多态性的实现机制。本文将详细探讨C++中的多态性和虚函数的工作原理，并涉及运算符重载的相关内容。

多态性与虚函数

在C++中，多态性主要通过虚函数来实现。当我们有一个基类指针或引用，指向一个派生类对象时，通过虚函数可以实现对派生类中相应函数的动态绑定。在基类中使用 virtual 关键字声明函数，表明该函数在派生类中可以被覆盖（重写）。这样，当我们调用这个函数时，实际上运行的是对象实际类型的版本。

class Base {
public:
    virtual void show() {
        std::cout << "Base show" << std::endl;
    }
};

class Derived : public Base {
public:
    void show() override {
        std::cout << "Derived show" << std::endl;
    }
};

int main() {
    Base* b = new Derived();
    b->show(); // 输出 "Derived show"
    delete b;
}

在上述代码中，尽管 b 是指向基类 Base 的指针，但调用 show() 时运行的是 Derived 类中的版本，这展示了多态性的魅力。

纯虚函数与抽象类

在某些情况下，基类中的函数没有通用的实现，但派生类需要提供自己的实现。这时，可以在基类中将函数声明为纯虚函数（使用 = 0 ）。这意味着基类成为抽象类，不能被实例化。

class Figure {
protected:
    int breadth, length;
public:
    Figure(int x = 0, int y = 0) {
        breadth = x; length = y;
    }
    virtual int area() = 0; // 纯虚函数
};

对象销毁与多态性

对象销毁时，尤其是通过接口或基类指针时，正确地调用析构函数是至关重要的。为了确保派生类的析构函数能够被正确调用，通常需要将基类的析构函数声明为虚函数。

class Drawable {
public:
    virtual void draw() = 0;
    virtual ~Drawable() {}
};

class MyDrawable : public Drawable {
public:
    virtual void draw() {}
    ~MyDrawable() {
        delete[] mydata; // 释放资源
    }
    private:
        int* mydata;
};

在这个例子中， Drawable 的析构函数被声明为虚函数，这样在删除 Drawable 类型的指针时，会调用正确的析构函数，避免内存泄漏。

运算符重载

C++还提供了运算符重载的功能，允许开发者为类定义运算符的行为。运算符重载可以使代码更加直观易懂。

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

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

在上述代码中，我们重载了加法运算符 + ，使得 Complex 类的对象可以使用 + 来相加。