多态是C++面向对象三大特性之一
多态分为两类：
静态多态和动态多态的区别：
//动物类
class Animal
{
public:
void speak()
{
cout << "动物在说话" << endl;
}
};
//猫类
class Cat : public Animal
{
public:
void speak()
{
cout << "小猫在说话" << endl;
}
};
//执行说话的函数
void doSpeak(Animal &animal)
{
animal.speak();
}
void test01()
{
Cat cat;
doSpeak(cat);
}
int main()
{
test01();
system("pause");
return 0;
}
运行结果：
运行结果与我们的意愿不同，我们创建了一个Cat类的对象，希望doSpeak函数能执行Cat类中的speak函数，然而却执行了Animal类中的speak函数。
原因：因为上述代码的doSpeak函数地址在编译阶段就确定了。所以当传进来Cat类的对象时，编译器会做类型转换，认为Cat是动物，所以去执行Animal类中的speak函数。
为了实现传入猫对象，就让猫说话；传入狗对象，就让狗说话的目的，就需要用到动态多态的技术。
//动物类
class Animal
{
public:
//虚函数
virtual void speak()
{
cout << "动物在说话" << endl;
}
};
//猫类
class Cat : public Animal
{
public:
void speak()
{
cout << "小猫在说话" << endl;
}
};
//狗类
class Dog : public Animal
{
public:
void speak()
{
cout << "小狗在说话" << endl;
}
};
//执行说话的函数
void doSpeak(Animal &animal)
{
animal.speak();
}
void test01()
{
Cat cat;
doSpeak(cat); //Animal* const animal = &cat; 父类指针或者引用指向子类对象
Dog dog;
doSpeak(dog);
}
int main()
{
test01();
system("pause");
return 0;
}
运行结果：
原因：因为引入了虚函数，上述代码的doSpeak函数地址无法在编译阶段确定，而是在运行阶段确定，也就可以实现动态多态的技术。由上述代码可得动态多态的几个重要问题。
动态多态满足的条件：
动态多态的使用：
父类指针或者引用指向子类对象
首先来看父类不采用虚函数的对象模型：
//动物类
class Animal
{
public:
void speak()
{
cout << "动物在说话" << endl;
}
};
//狗类
class Dog : public Animal
{
public:
void speak()
{
cout << "小狗在说话" << endl;
}
};
调用开发者工具：
对于父类来说，因为非静态成员函数不在类中，此时的类为空类只有一个字节。
接着将类中的非静态成员函数改成虚函数的形式：
//动物类
class Animal
{
public:
virtual void speak()
{
cout << "动物在说话" << endl;
}
};
//狗类
class Dog : public Animal
{
public:
void speak()
{
cout << "小狗在说话" << endl;
}
};
再次调用开发者工具：
发现此时父类和子类均占用4个字节的大小。因为此时类中多了一个vfptr(虚函数指针)，虚函数指针指向vftable（虚函数表），对于动物类，其虚函数中存放的是Animal::speak函数的地址。对于狗类，其虚函数中存放的是Dog::speak函数的地址。
看到这里是不是似曾相识？是的，在之前C++编程——继承的菱形继承中也有类似的技术，当时是vbptr（虚基类）和vbtable（虚基类表）的概念。
上述的例子是为了让大家看到，在类中将普通的非静态成员函数改成虚函数之后，类的对象模型发生了改变。那么利用这种新的结构如何实现多态呢？下面将结合代码和图形一起看看。
代码：
//执行说话的函数
void doSpeak(Animal &animal)
{
animal.speak();
}
void test01()
{
Dog dog;
doSpeak(dog);
}
利用test01()中的函数执行流程说明多态原理：
Dog dog;创建了一个对象
doSpeak(dog);执行
进行函数参数的传递，Animal &animal = dog,父类的引用指向子类对象
执行完上述操作后，animal对象虚函数表中的内容被dog对象虚函数表中的内容所覆盖，得到：
调用animal.speak();
由于animal对象的虚函数表中是Dog::speak函数，所以执行的也是Dog类的speak函数，即实现了动态多态
利用普通写法实现计算器类：
//普通写法
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;
}
// 如果想扩展新的功能，需要修改源码
// 真正开发中提倡开闭原则，即对扩展进行开放，对修改进行关闭
}
int m_Num1;
int m_Num2;
};
void test01()
{
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;
}
利用多态实现计算器类：
// 利用多态来实现计算器
// 实现计算器抽象类
class AbstractCalculator
{
public:
virtual int getResult()
{
return 0;
}
int m_Num1;
int m_Num2;
};
// 加法计算器类
class AddCalculator:public AbstractCalculator
{
public:
int getResult()
{
return m_Num1 + m_Num2;
}
};
// 减法计算器类
class SubCalculator :public AbstractCalculator
{
public:
int getResult()
{
return m_Num1 - m_Num2;
}
};
// 乘法计算器类
class MulCalculator :public AbstractCalculator
{
public:
int getResult()
{
return m_Num1 * m_Num2;
}
};
void test02()
{
// 加法运算
AbstractCalculator *abc = new AddCalculator;
abc->m_Num1 = 10;
abc->m_Num2 = 10;
cout << abc->m_Num1 << "+" << abc->m_Num2 << "=" << abc->getResult() << endl;
// 用完后销毁堆区数据
delete abc;
// 减法运算
abc = new SubCalculator;
abc->m_Num1 = 10;
abc->m_Num2 = 10;
cout << abc->m_Num1 << "-" << abc->m_Num2 << "=" << abc->getResult() << endl;
delete abc;
// 乘法运算
abc = new MulCalculator;
abc->m_Num1 = 10;
abc->m_Num2 = 10;
cout << abc->m_Num1 << "*" << abc->m_Num2 << "=" << abc->getResult() << endl;
delete abc;
}
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
纯虚函数的语法：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
抽象类的特点：
纯虚函数与抽象类的案例：
// 抽象类
class AbstractDrink
{
public:
// 煮水
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;
// 制作饮品
void makeDrink()
{
Boil();
Brew();
PourInCup();
PutSomething();
}
};
// 制作咖啡
class Coffee : public AbstractDrink
{
// 煮水
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 << "倒入杯中" << endl;
}
// 加入辅料
virtual void PutSomething()
{
cout << "加入糖和牛奶" << endl;
}
};
// 制作茶叶
class Tea : public AbstractDrink
{
// 煮水
virtual void Boil()
{
cout << "煮矿泉水" << endl;
}
// 冲泡
virtual void Brew()
{
cout << "冲泡茶叶" << endl;
}
// 倒入杯中
virtual void PourInCup()
{
cout << "倒入杯中" << endl;
}
// 加入辅料
virtual void PutSomething()
{
cout << "加入柠檬" << endl;
}
};
//制作函数
void doWork(AbstractDrink &a)
{
a.makeDrink();
}
void test01()
{
Coffee coffee;
Tea tea;
//制作咖啡
doWork(coffee);
cout << "-----------------" << endl;
//制作茶叶
doWork(tea);
}
先来看一段代码：
//动物类
class Animal
{
public:
Animal()
{
cout << "Animal的构造函数调用" << endl;
}
~Animal()
{
cout << "Animal的析构函数调用" << endl;
}
//纯虚函数
virtual void speak() = 0;
};
//猫类
class Cat : public Animal
{
public:
Cat(string name)
{
cout << "Cat的构造函数调用" << endl;
m_Name = new string(name);
}
~Cat()
{
if (m_Name != NULL)
{
cout << "Cat的析构函数调用" << endl;
delete m_Name;
m_Name = NULL;
}
}
void speak()
{
cout << *m_Name <<"小猫在说话" << endl;
}
string *m_Name;
};
//执行说话的函数
void doSpeak(Animal &animal)
{
animal.speak();
}
void test01()
{
Animal* animal = new Cat("加菲");
animal->speak();
delete animal;
}
int main()
{
test01();
system("pause");
return 0;
}
运行结果：
可以看到Cat类的析构函数并没有被调用，这就出现了问题。即多态使用时，如果子类中有属性开辟到堆区，那么父类指针在析构的时候，不会调用子类中的析构函数，会出现内存泄漏。
解决方式：将父类中的析构函数改为虚析构或者纯虚析构
虚析构语法：virtual ~类名(){}
纯虚析构语法：virtual ~类名() = 0 类名::~类名(){}
//动物类
class Animal
{
public:
Animal()
{
cout << "Animal的构造函数调用" << endl;
}
virtual ~Animal()
{
cout << "Animal的析构函数调用" << endl;
}
//纯虚函数
virtual void speak() = 0;
};
错误代码：
//动物类
class Animal
{
public:
Animal()
{
cout << "Animal的构造函数调用" << endl;
}
virtual ~Animal() = 0;
//纯虚函数
virtual void speak() = 0;
};
上述代码会报错，因为考虑到父类如果有数据开辟到堆区也应当需要析构代码进行释放，所以必须提供纯虚析构函数的具体实现。
正确代码：
//动物类
class Animal
{
public:
Animal()
{
cout << "Animal的构造函数调用" << endl;
}
virtual ~Animal() = 0;
//纯虚函数
virtual void speak() = 0;
};
Animal:: ~Animal()
{
cout << "Animal的纯虚析构函数调用" << endl;
}
总结：
虚析构和纯虚析构共性：
虚析构和纯虚析构区别：