C/C++使用C语言实现多态

2024-04-02 19:04:59 174人浏览安东尼

摘要

目录1.多态的概念1.1什么是多态？1.2为什么要用多态呢？1.3多态有什么好处？2.多态的定义及实现2.1继承中构成多态的条件2.2虚函数2.3虚函数的重写2.4c++11 ove

1.多态的概念

1.1什么是多态？

多态是在不同继承关系的类对象，去调用同一函数，产生了不同的行为。
简单的说:就是”一个接口多种实现“。

1.2为什么要用多态呢？

我们知道，封装可以隐藏实现细节，使得代码模块化；继承可以扩展已存在的代码模块（类）；它们的目的都是为了代码重用。而多态除了代码的复用性外，还可以解决项目中紧偶合的问题,提高程序的可扩展性.。耦合度讲的是模块与模块之间，代码与代码之间的关联度，通过对系统的分析把他分解成一个个的子模块，子模块提供稳定的接口，达到降低系统耦合度的的目的，模块与模块之间尽量使用模块接口访问，而不是随意引用其他模块的成员变量。

1.3多态有什么好处？

1.应用程序不必为每一个派生类编写功能调用，只需要对抽象基类进行处理即可。大大提高程序的可复用性。//继承

2.派生类的功能可以被基类的方法或引用变量所调用，这叫向后兼容，可以提高可扩充性和可维护性。 //多态的真正作用，

2.多态的定义及实现

2.1继承中构成多态的条件

1.必须通过基类的指针或者引用调用虚函数

2.被调用的函数必须是虚函数，且派生类必须对基类的虚函数进行重写

在这里插入图片描述

2.2虚函数

虚函数：即被virtual修饰的类成员函数称为虚函数。


class Person {
public:
	virtual void BuyTicket() { cout << "买票-全价" << endl;}
};

2.3虚函数的重写

虚函数的重写(覆盖)：派生类中有一个跟基类完全相同的虚函数(即派生类虚函数与基类虚函数的返回值类型、函数名字、参数列表完全相同)，称派生类的虚函数重写了基类的虚函数。


//void BuyTicket ()，返回值类型、函数名字、参数列表完全相同
class Person {
public:
	virtual void BuyTicket() { cout << "买票-全价" << endl; }
};

class Student : public Person {
public:
	virtual void BuyTicket() { cout << "买票-半价" << endl; }


};

虚函数重写的两个例外：

1.协变(基类与派生类虚函数返回值类型不同)

派生类重写基类虚函数时，与基类虚函数返回值类型不同。即基类虚函数返回基类对象的指针或者引用，派生类虚函数返回派生类对象的指针或者引用时，称为协变。


class Person {
public:
	virtual A* f() {return new A;}    //基类的返回值为A*
};

class Student : public Person {
public:
	virtual B* f() {return new B;}    //派生类的返回值为B*
};

2.析构函数的重写(基类与派生类析构函数的名字不同)

如果基类的析构函数为虚函数，此时派生类析构函数只要定义，无论是否加virtual关键字，都与基类的析构函数构成重写，虽然析构函数名字不同，看起来违背了重写的规则，其实不然，这里可以理解为编译器对析构函数的名称做了特殊处理，编译后析构函数的名称统一处

理成destructor。


class Person {
public:
	virtual ~Person() {cout << "~Person()" << endl;}
};
class Student : public Person {
public:
	virtual ~Student() { cout << "~Student()" << endl; }
};
// 只有派生类Student的析构函数重写了Person的析构函数，下面的delete对象调用析构函数，才能构成多态，才能保证p1和p2指向的对象正确的调用析构函数。
int main()
{
	Person* p1 = new Person;
	Person* p2 = new Student;
	delete p1;
	delete p2;
	return 0;
}

2.4C++11 override 和 final

C++11提供了override和final两个关键字，可以帮助用户检测是否重写。

1.final：修饰虚函数，表示该虚函数不能再被重写


class Car
{
public:
	virtual void Drive() final {}
};
class Benz :public Car
{
public:
	virtual void Drive() {cout << "Benz-舒适" << endl;}
};

2.override: 检查派生类虚函数是否重写了基类某个虚函数，如果没有重写编译报错。


class Car{
public:
	virtual void Drive(){}
};
class Benz :public Car {
public:
	virtual void Drive() override {cout << "Benz-舒适" << endl;}
};

2.5 重载、覆盖(重写)、隐藏(重定义)的对比

在这里插入图片描述

3.抽象类

3.1概念

在虚函数的后面写上 =0 ，则这个函数为纯虚函数。包含纯虚函数的类叫做抽象类（也叫接口类），抽象类不能实例化出对象。派生类继承后也不能实例化出对象，只有重写纯虚函数，派生类才能实例化出对象。纯虚函数规范了派生类必须重写，另外纯虚函数更体现出了接口继承。


class Car
{
public:
	virtual void Drive() = 0;  //纯虚函数
};
class Benz :public Car
{
public:
	virtual void Drive()
{
	cout << "Benz-舒适" << endl;
}
};
class BMW :public Car
{
public:
	virtual void Drive()
{
	cout << "BMW-操控" << endl;
}
};
void Test()
{
	Car* pBenz = new Benz;
	pBenz->Drive();
	Car* pBMW = new BMW;
	pBMW->Drive();
}

3.2实现继承和接口继承

普通函数的继承是一种实现继承，派生类继承了基类函数，可以使用函数，继承的是函数的实现。

虚函数的继承是一种接口继承，派生类继承的是基类虚函数的接口，目的是为了重写，达成多态，继承的是接口。所以如果不实现多态，不要把函数定义成虚函数。

4.多态的原理

4.1虚函数表


// 这里常考一道笔试题：sizeof(Base)是多少？
class Base
{
public:
	virtual void Func1()
	{
		cout << "Func1()" << endl;
	}
	private:
	int _b = 1;
};
int main()
	{	
		Base b;
		return 0;
	}

在这里插入图片描述

通过观察测试我们发现b对象是8bytes，除了_b成员，还多一个__vfptr，我们称之为虚函数表指针(v代表virtual，f代表function)。一个含有虚函数的类中都至少有一个虚函数表指针，因为虚函数的地址要被放到虚函数表中，虚函数表也简称虚表。


// 针对上面的代码我们做出以下改造
// 1.我们增加一个派生类Derive去继承Base
// 2.Derive中重写Func1
// 3.Base再增加一个虚函数Func2和一个普通函数Func3
class Base  //基类
{
public:
	virtual void Func1()
	{
		cout << "Base::Func1()" << endl;
	}
	virtual void Func2()   //虚函数
	{
		cout << "Base::Func2()" << endl;
	}
	void Func3()   //普通函数
	{ 
		cout << "Base::Func3()" << endl;
	}
private:
	int _b = 1;
};
  
class Derive : public Base  //派生类
{
public:
	virtual void Func1()
	{
		cout << "Derive::Func1()" << endl;
	}
private:
	int _d = 2;
};

int main()
{
	Base b;
	Derive d;
	return 0;
}

在这里插入图片描述