C++多态

C++多态

1. 多态性概念

多态性指的是同一个接口使用不同的实例而执行不同操作的能力。这允许我们用相同的方式处理不同的数据类型。

2. 多态性的实现方式

2.1 静态多态（编译时多态）

静态多态是在编译时实现的，这通常通过函数重载和运算符重载来完成。

2.1.1 函数重载

函数重载是指在相同的作用域内有多个具有相同名称的函数，但它们的参数类型和/或数量不同。

C++ 代码示例：

#include <iostream>

class Print {
public:
    void display(int i) {
        std::cout << "Displaying int: " << i << std::endl;
    }
    void display(double f) {
        std::cout << "Displaying double: " << f << std::endl;
    }
};

int main() {
    Print obj;
    obj.display(101);      // Displaying int: 101
    obj.display(3.14159);  // Displaying double: 3.14159
    return 0;
}

2.1.2 运算符重载

运算符重载允许已有的运算符在不同的操作数上赋予新的操作。

C++ 代码示例：

#include <iostream>

class Complex {
private:
    float real;
    float imag;
public:
    Complex(): real(0), imag(0)    Complex operator + (const Complex& obj) const {
        Complex temp;
        temp.real = real + obj.real;
        temp.imag = imag + obj.imag;
        return temp;
    }

    void display() {
        std::cout << "Real: " << real << " Imaginary: " << imag << std::endl;
    }
};

int main() {
    Complex c1, c2, result;
    // ... (code to initialize c1 and c2)
    result = c1 + c2;
    result.display();
    return 0;
}

2.2 动态多态（运行时多态）

动态多态是在程序运行时实现的，主要通过虚函数和继承机制来实现。

2.2.1 虚函数

在基类中声明的虚函数可以在派生类中被重写，调用时会根据对象的实际类型来调用相应的函数。

C++ 代码示例：

#include <iostream>

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

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

void displayPrint(Base& obj) {
    obj.print();  // Print will be called based on the object type, not the reference type.
}

int main() {
    Base base;
    Derived derived;
    displayPrint(base);    // Calls Base::print()
    displayPrint(derived); // Calls Derived::print(), thanks to polymorphism
    return 0;
}

3. 多态性的工作原理

3.1 静态多态

编译器在编译期间选择使用函数的哪个版本，这是基于函数的签名（名称、参数类型、参数个数）。

3.2 动态多态

动态多态的工作机制依赖于虚函数表（v-table）。如果类中有虚函数，编译器会为这个类创建一个v-table。每个对象都会有一个指向v-table的指针（通常称为vptr）。v-table是类的函数地址表，如果调用对象的虚函数，它会使用vptr来确定应该调用哪个函数。

4. 总结

多态性使得我们可以编写更通用和可扩展的代码。静态多态是在编译时解析的，而动态多态是在运行时解析的。理解多态性和它在C++中的实现是面向对象编程的一个重要方面。