C++類和對象之多態(tài)詳解
多態(tài)基本概念和原理剖析
多態(tài)
:多態(tài)是C++面向對象的三大特性之一。多態(tài)分為靜態(tài)多態(tài)和動態(tài)多態(tài)。
靜態(tài)多態(tài)
:函數(shù)重載和運算符重載屬于靜態(tài)多態(tài),復用函數(shù)名。
動態(tài)多態(tài)
:派生類和虛函數(shù)實現(xiàn)運行時多態(tài)。
區(qū)別:
靜態(tài)多態(tài)的函數(shù)地址早綁定,編譯階段確定函數(shù)地址。
動態(tài)多態(tài)的函數(shù)地址晚綁定,運行階段確定函數(shù)地址。
#include <iostream> using namespace std; //動態(tài)多態(tài)滿足條件 //1、有繼承關系 //2、子類重寫父類的虛函數(shù) 重寫是指返回值 函數(shù)名 參數(shù)完全一樣 重載是指函數(shù)名相同 //動態(tài)多態(tài)使用 //父類的指針或引用,指向子類對象 //當子類重寫父類的虛函數(shù),子類中的虛函數(shù)表內部會替換成子類的虛函數(shù)地址,將&Animal::speak替換成&Cat::speak //動物類 class Animal { public: //虛函數(shù) virtual void speak(){ cout << "動物在說話" << endl; } }; //貓類 class Cat :public Animal { public: void speak() { cout << "小貓在說話" << endl; } }; //狗類 class Dog :public Animal { public: void speak() { cout << "小狗在說話" << endl; } }; //執(zhí)行說話的函數(shù) //地址早綁定,在編譯階段就確定了函數(shù)的地址 //雖然想讓貓說話,但是這里輸出了動物在說話 因為地址早綁定 //如果想讓貓說話,這個函數(shù)的地址就不能提前綁定,需要在運行階段進行綁定,也即地址晚綁定 void DoSpeak(Animal &animal) { animal.speak(); } void test01() { Cat cat; DoSpeak(cat); //雖然想讓貓說話,但是這里輸出了動物在說話,因為地址早綁定,若父類改為虛函數(shù)地址晚綁定,就是貓在說話 Dog dog; DoSpeak(dog); } void test02() { cout << "size of Animal = " << sizeof(Animal) << endl; } int main() { //test01(); test02(); system("pause"); return 0; }
多態(tài)案例1 計算器類
分別使用普通寫法和多態(tài)技術,設計實現(xiàn)兩個操作數(shù)進行運算的計算器類。
多態(tài)優(yōu)點
:
1、代碼組織結構清晰
2、可讀性強
3、便于前期和后期的擴展與維護
#include<iostream> using namespace std; //普通寫法 class Calculate { public: int GetResult(string oper) { if (oper == "+") { return num1 + num2; } else if (oper == "-") { return num1 - num2; } else if (oper == "*") { return num1 * num2; } //如果想擴展新的功能,需要修改原碼,在實際開發(fā)中,提倡開閉原則:對擴展進行開發(fā),對修改進行關閉 } int num1; int num2; }; void test01() { //創(chuàng)建計算器對象 Calculate c; c.num1 = 10; c.num2 = 10; cout << c.num1 << " + "<< c.num2 << " = " <<c.GetResult("+") << endl; cout << c.num1 << " - "<< c.num2 << " = " <<c.GetResult("-") << endl; cout << c.num1 << " * "<< c.num2 << " = " <<c.GetResult("*") << endl; } //利用多態(tài)實現(xiàn)計算器 //多態(tài)的優(yōu)點 //1、組織結構清晰 //2、可讀性強 //3、對于前期擴展和后期維護性能高 //實現(xiàn)計算器抽象類 class AbstractCalculate { public: virtual int Result() { return 0; } int m_num1; int m_num2; }; //加法計算器類 class AddCalculate : public AbstractCalculate{ public: int Result() { return m_num1 + m_num2; } }; //減法計算器類 class SubCalculate : public AbstractCalculate { public: int Result() { return m_num1 - m_num2; } }; //乘法計算器類 class MulCalculate : public AbstractCalculate { public: int Result() { return m_num1 * m_num2; } }; void test02() { //多態(tài)使用指針 //父類指針或者引用指向子類對象 //加法運算 AbstractCalculate* p = new AddCalculate; p->m_num1 = 100; p->m_num2 = 100; cout << p->m_num1 << " + " << p->m_num2 << " = " << p->Result() <<endl; //用完后釋放新開辟的堆區(qū)數(shù)據(jù) delete p; //減法運算 p = new SubCalculate; p->m_num1 = 100; p->m_num2 = 100; cout << p->m_num1 << " - " << p->m_num2 << " = " << p->Result() << endl; delete p; //乘法運算 p = new MulCalculate; p->m_num1 = 100; p->m_num2 = 100; cout << p->m_num1 << " * " << p->m_num2 << " = " << p->Result() << endl; delete p; } int main() { //test01(); test02(); system("pause"); return 0; }
純虛函數(shù)和抽象類
在多態(tài)中,通常父類函數(shù)的虛函數(shù)是無意義的,主要都是調用子類重寫的內容。
因此可以將虛函數(shù)改為純虛函數(shù)。
當類中有了純虛函數(shù),這個類也稱為抽象類。
.
抽象類特點
:無法實例化對象;子類必須重新抽象類中的純虛函數(shù),否則也屬于抽象類。
#include<iostream> using namespace std; //純虛函數(shù)語法 virtual 返回值 函數(shù)名(參數(shù)列表) = 0; //當類中有了純虛函數(shù),這個類也稱為抽象類,抽象類不能實例化對象,子類必須重寫抽象類里的純虛函數(shù),不然子類也屬于抽象類 class Base { public: //純虛函數(shù) 只要有純虛函數(shù)這個類就是抽象類 virtual void func() = 0; }; class Son :public Base { public: void func() { cout << "Son類下的func函數(shù)調用" << endl; } }; void test01() { /*抽象類是無法實例化對象的 Base b; new Base;*/ Son s; s.func(); //多態(tài)方式調用 父類的指針new一個子類 Base* p = new Son; p->func(); delete p; } int main() { test01(); system("pause"); return 0; }
多態(tài)案例2 制作飲品
利用多態(tài)技術實現(xiàn)制作飲品的流程,提供抽象制作飲品基類,提供子類制作咖啡和茶。
這里使用指針多態(tài)而不是引用的原因在于,引用需先實例化對象,但是有純虛函數(shù)的抽象類無法實例化對象。
#include<iostream> using namespace std; class AbstractDrinking { public: //煮水 virtual void Boil() = 0; //沖泡 virtual void Brew() = 0; //倒入杯中 virtual void DropInCup() = 0; //加入輔料 virtual void AddSomething() = 0; //制作飲品 void MakeDrink() { Boil(); Brew(); DropInCup(); AddSomething(); } }; //制作咖啡流程 class Coffee : public AbstractDrinking { public: //煮水 virtual void Boil() { cout << "煮一壺沸水" << endl; } //沖泡 virtual void Brew() { cout << "沖泡咖啡粉" << endl; } //倒入杯中 virtual void DropInCup() { cout << "將咖啡倒入杯中" << endl; } //加入輔料 virtual void AddSomething() { cout << "將牛奶和白糖加入咖啡中" << endl; } }; //制作茶水流程 class Tea : public AbstractDrinking { public: //煮水 virtual void Boil() { cout << "煮一壺沸水" << endl; } //沖泡 virtual void Brew() { cout << "沖泡西湖龍井" << endl; } //倒入杯中 virtual void DropInCup() { cout << "將茶水倒入杯中" << endl; } //加入輔料 virtual void AddSomething() { cout << "將枸杞加入茶水中" << endl; } }; //制作飲品函數(shù) void DoWork(AbstractDrinking *p) { //這里相當于 AbstractDrinking *p = new Coffee; //若這里不使用指針,改為引用,test01的函數(shù)就不能使用 //因為引用是先實例化對象再調用對象,抽象類無法實例化對象 p->MakeDrink(); delete p; //防止內存泄露,使用后記得釋放內存 } void test01() { //想喝一杯咖啡 DoWork(new Coffee); cout << "-----------------------------------" << endl; //想喝一杯西湖龍井茶 DoWork(new Tea); } int main() { test01(); system("pause"); return 0; }
虛析構和純虛析構
使用多態(tài)技術時,如果有子類開辟到堆區(qū),那么父類指針在釋放時無法調用到子類的析構代碼。解決該問題的方法是
將父類中的析構函數(shù)改為虛析構或者純虛析構
。
虛析構和純虛析構共性
:
1、可以解決父類指針釋放子類對象
2、都需要有具體的函數(shù)實現(xiàn)
虛析構和純虛析構區(qū)別
:
如果是純虛析構,該類屬于抽象類,無法實例化對象。
#include<iostream> #include<string> using namespace std; //動物類 class Animal { public: Animal() { cout << "這是Animal的構造函數(shù)調用" << endl; } //純虛函數(shù) virtual void Speak() = 0; //為了走子類的虛構函數(shù),需要將父類的虛構函數(shù)改為虛析構 /*virtual ~Animal() { cout << "這是Animal的析構函數(shù)調用" << endl; }*/ //純虛析構函數(shù) 父類的堆區(qū)可能也被開辟需要釋放,因此父類的析構也必須需要聲明,也需要實現(xiàn) //有純虛析構后這個類也屬于抽象類,無法實例化對象 virtual ~Animal() = 0; }; Animal:: ~Animal() { cout << "這是Animal類的寫在外部的純虛析構函數(shù)調用" << endl; } //貓類 class Cat : public Animal{ public: //Cat類的構造函數(shù) Cat(string name) { cout << "這是Cat類的構造函數(shù)" << endl; m_name = new string(name); } void Speak() { cout << *m_name<<"小貓的叫聲" << endl; } ~Cat() { if (m_name != NULL) { //父類指針在析構的時候,不會調用子類中的析構函數(shù),導致子類中有堆區(qū)開辟的數(shù)據(jù)沒有被釋放干凈導致內存泄露 cout << "這是Cat類的析構函數(shù)" << endl; delete m_name; m_name = NULL; } } string *m_name; }; void test01() { Animal* p = new Cat("Tom"); //如果子類中沒有堆區(qū)數(shù)據(jù),可以不寫虛析構或純虛析構函數(shù) p->Speak(); delete p; //堆區(qū)開辟以后,釋放指針 } int main() { test01(); system("pause"); return 0; }
多態(tài)案例3 電腦組裝
電腦主要部件為CPU,顯卡和內存條。將每個零件封裝出抽象基類,并提供不同的廠商生產不同的零件。創(chuàng)建電腦類提供讓電腦工作的函數(shù),并且調用每個零件工作的接口。測試時組裝三臺不同的電腦進行工作。
#include<iostream> using namespace std; //每個零件都封裝出抽象的基類 //CPU類 class Cpu { public: //抽象的計算函數(shù) virtual void Calculate() = 0; //virtual ~Cpu() = 0; }; //Cpu::~Cpu() { // cout << "Cpu類寫在外部的純虛析構函數(shù)調用" << endl; //} //顯卡類 class VideoCard { public: //抽象的顯示函數(shù) virtual void Display() = 0; }; //內存條類 class Memory { public: //抽象的存儲函數(shù) virtual void Storage() = 0; }; //電腦類 class Computer { public: Computer(Cpu* cpu, VideoCard* videocard, Memory* memory) { m_cpu = cpu; m_videocard = videocard; m_memory = memory; } //工作函數(shù):讓零件調用起來的工作接口 父類指針調用接口時就已經是多態(tài)技術了 void DoWork() { //Cpu進行計算操作 m_cpu->Calculate(); //顯卡進行顯示操作 m_videocard->Display(); //內存條進行存儲操作 m_memory->Storage(); } //提供析構函數(shù)釋放電腦的三個零件 ~Computer() { if (m_cpu != NULL) { delete m_cpu; m_cpu = NULL; } if (m_videocard != NULL) { delete m_videocard; m_videocard = NULL; } if (m_memory != NULL) { delete m_memory; m_memory = NULL; } } private: Cpu *m_cpu; VideoCard *m_videocard; Memory *m_memory; }; //具體廠商/// //因特爾廠商 class IntelCpu :public Cpu{ public: //子類重寫父類的虛函數(shù) virtual void Calculate() { cout << "Intel的Cpu開始計算了!" << endl; } /*~IntelCpu() { cout << "這是子類IntelCpu的析構函數(shù)調用" << endl; }*/ }; class IntelVideoCard :public VideoCard { public: //子類重寫父類的虛函數(shù) virtual void Display() { cout << "Intel的顯卡開始顯示屏幕了!" << endl; } }; class IntelMemory :public Memory { public: //子類重寫父類的虛函數(shù) virtual void Storage() { cout << "Intel的內存條開始存儲數(shù)據(jù)了!" << endl; } }; //Lenovo廠商 class LenovoCpu :public Cpu { public: //子類重寫父類的虛函數(shù) virtual void Calculate() { cout << "Lenovo的Cpu開始計算了!" << endl; } }; class LenovoVideoCard :public VideoCard { public: //子類重寫父類的虛函數(shù) virtual void Display() { cout << "Lenovo的顯卡開始顯示屏幕了!" << endl; } }; class LenovoMemory :public Memory { public: //子類重寫父類的虛函數(shù) virtual void Storage() { cout << "Lenovo的內存條開始存儲數(shù)據(jù)了!" << endl; } }; //開始測試,組裝不同的電腦 void test01() { //第一臺電腦的零件 //父類指針指向了子類對象,利用了多態(tài)技術 Cpu* intelcpu = new IntelCpu; VideoCard* intelvideocard = new IntelVideoCard; Memory* intelmemory = new IntelMemory; //創(chuàng)建第一臺電腦 cout << "組裝好的第一臺電腦配置如下:" << endl; Computer* computer1 = new Computer(intelcpu,intelvideocard,intelmemory); computer1->DoWork(); delete computer1; //創(chuàng)建第二臺電腦 cout << "組裝好的第二臺電腦配置如下:" << endl; Computer* computer2 = new Computer(new LenovoCpu, new LenovoVideoCard, new LenovoMemory); computer2->DoWork(); delete computer2; //創(chuàng)建第三臺電腦 cout << "組裝好的第三臺電腦配置如下:" << endl; Computer* computer3 = new Computer(new LenovoCpu, new IntelVideoCard, new LenovoMemory); computer3->DoWork(); delete computer3; } int main() { test01(); system("pause"); return 0; }
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