C++学习笔记“类和对象”：多态；

目录

4.7 多态

4.7.1 多态的基本概念

 4.7.2 多态案例--计算器类

4.7.3 纯虚函数和抽象类 

4.7.4 多态案例二 - 制作饮品

4.7.5 虚析构和纯虚析构

4.7.6 多态案例三-电脑组装 

4.7 多态

4.7.1 多态的基本概念

多态是C++面向对象三大特性之一

多态分为两类

  • 静志多态: 函数重载 和 运算符重载属于静态多态，复用函数名
  • 动态多态: 派生类和虚函数实现运行时多态

静志多态和动态多态区别:

  • 静态多态的函数地址早绑定 - 编译阶段确定函数地址
  • 动态多态的函数地址晚绑定 - 运行阶段确定函数地址

下面通过案例进行讲解多态

#include <iostream>
using namespace std;// 多态的基本概念// 动物类
class Animal {
public:virtual void speak() {// 虚函数，子类可以重写cout << "动物说话" << endl;}
};// 猫类
class Cat : public Animal {
public:void speak() {cout << "猫说话" << endl;}
};// 狗类
class Dog : public Animal {
public:void speak() {cout << "狗说话" << endl;}
};// 动态多态满足条件
// 1. 有继承关系
// 2. 父类有一个虚函数
// 3. 子类重写了父类的虚函数// 动态多态使用
// 父类的指针或引用指向子类的对象，调用父类的函数，实际调用的是子类的函数//执行说话的函数
void speak(Animal& animal) {// 这里的Animal&参数表示传入的是Animal类的引用animal.speak();// 调用Animal类的speak()函数
}void test() {Cat cat;// 实例化一个猫对象Dog dog;// 实例化一个狗对象speak(cat); // 输出 "猫说话"speak(dog); // 输出 "狗说话"
}int main() {test();return 0;
}

总结:
多态满足条件

  • 有继承关系
  • 子类重写父类中的虚函数

多态便用条件

  • 父类指针或引用指向子类对象

重写：函数返回值类型 函数名 参数列表 完全一致称为重写

 4.7.2 多态案例--计算器类

案例描述:
分别利用普通写法和多态技术，设计实现两个操作数进行运算的计算器类
多态的优点:

  • 代码组织结构清晰
  • 可读性强
  • 利于前期和后期的扩展以及维护

示例:

#include <iostream>
using namespace std;// 多态案例--计算器类
// 案例描述:设计一个计算器类，分别利用普通写法和多态技术，设计实现两个操作数进行运算的计算器类// 普通写法
class Calculator {
public:int getResult(string oper) {if (oper == "+") {return num_1 + num_2;}else if (oper == "-") {return num_1 - num_2;}else if (oper == "*") {return num_1 * num_2;}else if (oper == "/") {return num_1 / num_2;}else {cout << "Invalid operator!" << endl;return 0;}}void setNum1(int num) {num_1 = num;}void setNum2(int num) {num_2 = num;}int num_1;int num_2;
};void testCalculator() {Calculator c;c.setNum1(10);c.setNum2(5);cout << "10 + 5 = " << c.getResult("+") << endl;cout << "10 - 5 = " << c.getResult("-") << endl;cout << "10 * 5 = " << c.getResult("*") << endl;cout << "10 / 5 = " << c.getResult("/") << endl;cout << "10 % 5 = " << c.getResult("%") << endl;cout << "------------------------------------- "  << endl;
}// 利用多态实现计算器
// 多态好处
// 1、组织代码更加清晰
// 2、可读性更好
// 3、可扩展性更强，维护性更好// 定义计算器基类
class CalculatorBase {
public:virtual int getResult(){ return 0; }int num_1;int num_2;
};// 定义加法类
class Add : public CalculatorBase {
public:int getResult() {return num_1 + num_2;}
};// 定义减法类
class Subtract : public CalculatorBase {
public:int getResult() {return num_1 - num_2;}
};// 定义乘法类
class Multiply : public CalculatorBase {
public:int getResult() {return num_1 * num_2;}
};// 定义除法类
class Divide : public CalculatorBase {
public:int getResult() {return num_1 / num_2;}
};// 测试多态计算器
void testCalculator_2() {CalculatorBase *c1 = new Add();c1->num_1 = 10;c1->num_2 = 5;cout << "10 + 5 = " << c1->getResult() << endl;CalculatorBase *c2 = new Subtract();c2->num_1 = 10;c2->num_2 = 5;cout << "10 - 5 = " << c2->getResult() << endl;CalculatorBase *c3 = new Multiply();c3->num_1 = 10;c3->num_2 = 5;cout << "10 * 5 = " << c3->getResult() << endl;CalculatorBase *c4 = new Divide();c4->num_1 = 10;c4->num_2 = 5;cout << "10 / 5 = " << c4->getResult() << endl;delete c1;delete c2;delete c3;delete c4;
}// 程序入口
int main() {testCalculator();testCalculator_2();return 0;
}

 总结:C++开发提倡利用多态设计程序架构，因为多态优点很多

4.7.3 纯虚函数和抽象类 

 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
抽象类特点:

  • 无法实例化对象
  • 子类必须重写抽象类中的纯虚函数，否则也属于抽象类

示例:

#include <iostream>
using namespace std;// 纯虚函数和抽象类class Base {
public:// 只要有一个纯虚函数，该类就是抽象类// 不能创建对象，只能作为基类被继承// 抽象类特点// 1. 无法实例化对象// 2. 抽象类的子类，必须要重写父类的纯虚函数，否则子类也是抽象类virtual void fun() = 0; // 纯虚函数
};class Derived : public Base {
public:virtual void fun() {cout << "Derived::fun()" << endl;}
};void test() {//Base b; // 抽象类不能创建对象// Base b1; // 抽象类不能实例化// Base b2 = new Base; // 抽象类不能实例化Derived d;// 继承抽象类，必须重写父类的纯虚函数d.fun();Base *base = new Derived; // 指针指向抽象类的子类对象，可以调用子类的成员函数base->fun(); // 调用子类的成员函数
}int main() {test();return 0;
}
4.7.4 多态案例二 - 制作饮品

案例描述:
制作饮品的大致流程为:煮水-冲泡-倒入杯中-加入辅料
利用多态技术实现本案例，提供抽象制作饮品基类，提供子类制作咖啡和茶叶

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;// 制作饮品的基类
class Drink {
public:virtual void BoilWater() = 0;// 烧水virtual void AddCondiments() = 0;// 添加调料virtual void PourInCup() = 0;// 把饮品倒进杯子virtual void AddSugar() = 0;// 添加糖virtual void AddMilk() = 0;// 添加牛奶void makeDrink(){BoilWater();AddCondiments();PourInCup();AddSugar();AddMilk();}
};// 制作咖啡的子类
class Coffee : public Drink {
public:void BoilWater() {cout << "烧水" << endl;}void AddCondiments() {cout << "添加糖" << endl;}void PourInCup() {cout << "倒进杯子" << endl;}void AddSugar() {cout << "添加糖" << endl;}void AddMilk() {cout << "添加牛奶" << endl;}
};// 制作茶的子类
class Tea : public Drink {
public:void BoilWater() {cout << "烧水" << endl;}void AddCondiments() {cout << "添加柠檬" << endl;}void PourInCup() {cout << "倒进杯子" << endl;}void AddSugar() {cout << "添加糖" << endl;}void AddMilk() {cout << "添加牛奶" << endl;}
};// 制作饮品的函数
void makeDrinkWork(Drink* drink) {drink->makeDrink();// 调用基类的makeDrink()函数cout << "制作--完成" << endl;delete drink;// 释放内存
}void test() {// 制作咖啡makeDrinkWork(new Coffee());// 动态创建咖啡对象并调用makeDrinkWork()函数cout << "--------------------------------" << endl;// 制作茶makeDrinkWork(new Tea());
}int main() {test();return 0;
}
4.7.5 虚析构和纯虚析构

多态使用时，如果子类中有属性开辟到堆区，那么父类指针在释放时无法调用到子类的析构代码
解决方式：将父类中的析构函数改为虚析构或者纯虚析构
虚析构和纯虚析构共性：

  • 可以解决父类指针释放子类对象
  • 都需要有具体的函数实现

虚析构和纯虚析构区别:

  • 如果是纯虚析构，该类属于抽象类，无法实例化对象

 虚析构语法:
virtual ~类名(){}
纯虚析构语法:
virtual~类名()=0;
类名::~类名(){}

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;// 虚析构和纯虚析构class Animal {
public:virtual void speak() = 0; // 纯虚函数// 利用虚析构函数释放内存，可以解决父类指针释放子类对象时不干净的问题//virtual ~Animal() {} // 虚析构函数，释放内存// 纯虚析构函数,需要声明也需要实现// 有了纯虚析构函数，这个类也就成为了抽象类，不能实例化对象，只能作为基类被派生virtual ~Animal() = 0; // 纯虚析构函数，声明，但不定义，用于派生类中
};// 纯虚析构函数，用于派生类中，声明但不定义
Animal::~Animal(){}class Cat : public Animal {
public:Cat(string *name) {m_Name = new string(*name);}virtual void speak() {cout << "Cat: " << *m_Name << ";Meow!" << endl;}~Cat() { cout << "Cat: " << *m_Name << ";Bye!" << endl; delete m_Name; } // 虚析构函数，释放内存string *m_Name;
};void test_Cat() {string name = "Kitty";// 注意：这里传递的是指针，而不是字符串Animal* a = new Cat(&name);// 注意：这里传递的是指针，而不是对象a->speak();// 注意：这里调用的是虚函数，而不是对象指针delete a;// 注意：这里释放的是指针，而不是对象
}int main() {test_Cat();return 0;
}

总结:
1.虚析构或纯虚析构就是用来解决通过父类指针释放子类对象

2.如果子类中没有堆区数据，可以不写为虚析构或纯虚析构

3.拥有纯虚析构函数的类也属于抽象类 

4.7.6 多态案例三-电脑组装 

案例描述:
电脑主要组成部件为 CPU(用于计算)，显卡(用于显示)，内存条(用于存储)

将每个零件封装出抽象其类，并且提供不同的厂商生产不同的零件，例如Intel厂商和Lenovo厂商创建电脑类提供让电脑工作的函数，并且调用每个零件工作的接口

测试时组装三台不同的电脑进行工作
示例:

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;// CPU类
class CPU {
public:virtual void calculate() = 0;// 虚函数，用于计算功能
};// 主板类
class Mainboard {
public:virtual void motherboard() = 0;// 虚函数，用于组装主板
};// 内存条类
class Memory {
public:virtual void RAM() = 0;// 虚函数，用于安装内存条
};// 显卡类
class GraphicsCard {
public:virtual void display() = 0;// 虚函数，用于安装显卡
};// 电脑类
class Computer {
public:Computer(CPU* cpu, Mainboard* mainboard, Memory* memory, GraphicsCard* graphicsCard): cpu(cpu), mainboard(mainboard), memory(memory), graphicsCard(graphicsCard) {// 构造函数，传入各个部件对象/*cpu = cpu;mainboard = mainboard;memory = memory;graphicsCard = graphicsCard;*/}void assemble() {// 组装电脑cpu->calculate();mainboard->motherboard();memory->RAM();graphicsCard->display();}private:CPU* cpu;// CPU对象Mainboard* mainboard;// 主板对象Memory* memory;// 内存条对象GraphicsCard* graphicsCard;// 显卡对象
};// 具体实现类
class IntelCPU : public CPU {
public:virtual void calculate() {cout << "Intel CPU is calculating..." << endl;}
};class ASUSMainboard : public Mainboard {
public:virtual void motherboard() {cout << "ASUS Mainboard is assembling..." << endl;}
};class KingstonMemory : public Memory {
public:virtual void RAM() {cout << "Kingston Memory is installing..." << endl;}
};class NvidiaGraphicsCard : public GraphicsCard {
public:virtual void display() {cout << "Nvidia GraphicsCard is installing..." << endl;}
};void test() {// 第一台电脑零件CPU* intelCPU = new IntelCPU();Mainboard* asusMainboard = new ASUSMainboard();Memory* kingstonMemory = new KingstonMemory();GraphicsCard* nvidiaGraphicsCard = new NvidiaGraphicsCard();// 组装电脑Computer* computer = new Computer(intelCPU, asusMainboard, kingstonMemory, nvidiaGraphicsCard);computer->assemble();// 释放内存delete intelCPU;delete asusMainboard;delete kingstonMemory;delete nvidiaGraphicsCard;delete computer;
}int main() {test();return 0;
}

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