多态
一、基本定义
顾名思义，多种形态。多态是C++面向对象的三大特性之一（封装、继承和多态）。
多态分为两种：
- 静态多态：函数的重载、运算符的重载
- 动态多态：派生类和虚函数实现运行时多态
区别：
- 静态多态的函数地址是早绑定，也就是在编译阶段就能确定函数的地址
- 动态多态的函数地址是晚绑定，也就是在运行阶段才确定函数的地址
C++中允许父类的引用和指针可以直接指向子类对象。也就是说，如果在需要父类的引用或者指针的时候，都可以使用子类的对象或者指针来代替，然后在子类中实现父类中对应的虚函数，就可以实现运行时多态了。
二、动态多态的条件
- 有继承关系
- 子类要重写父类的虚函数（重写：函数的返回值及类型 ，函数声明，参数个数、类型顺序要完全相同）
三、如何使用运行时多态
父类的指针或引用，调用子类重写后的虚函数即可实现多态。
代码示例
#include <iostream> using namespace std; // 父类 class Animal{ public: virtual void speak() //虚函数 { std::cout << "Animal speaking" << std::endl; } }; class Cat:public Animal{ public: virtual void speak() // 子类中的虚函数，virtual关键字可加可不加 { std::cout << " Cat speaking" << std::endl; } }; int main(int argc, char* argv[]) { // 通过父类的指针去指向子类的对象 Animal * a = new Cat; // 调用子类重写过的虚函数，实现多态 a->speak(); delete a; return 0; }
运行结果：
我们的预期是传入某一类动物就让该类动物叫。上面是早绑定，要想实现需要晚绑定，晚绑定也就是在运行时绑定，很简单，在父类的函数前加virtual关键字。
四、 多态的案例——计算器
4.1 普通写法
缺点：每新增一个功能都需要修改源代码，并加一个else if，不优雅。
#include <iostream> using namespace std; class CheapCalculator{ public: int getResult(string op) { if (op == "+") { return m_A +m_B; } else if(op == "-") { return m_A - m_B; } else{ // } } public: int m_A; int m_B; }; int main(int argc, char* argv[]) { CheapCalculator cal; cal.m_A = 100; cal.m_B = 200; std::cout << "cal.m_A + cal.m_B = " << cal.getResult("+")<< std::endl; return 0； }
4.2 多态实现：
#include <iostream> using namespace std; // 计算器的父类，暴露出一个公共接口，并声明为虚函数 class AbstractCalculator{ public: virtual int getResult() { return 0; } public: int m_A; int m_B; }; // 加法计算器继承父类，并重写父类的同名虚函数 class AddCalculator:public AbstractCalculator{ public: virtual int getResult() { return m_A + m_B; } }; // 减法法计算器继承父类，并重写父类的同名虚函数 class SubCalculator:public AbstractCalculator{ public: virtual int getResult() { return m_A - m_B; } }; int main(int argc, char* argv[]) { AbstractCalculator* add = new AddCalculator(); add->m_A = 100; add->m_B = 200; std::cout << "add: " << add->getResult() << std::endl; AbstractCalculator* sub = new SubCalculator(); sub->m_A = 100; sub->m_B = 200; std::cout << "sub: " << sub->getResult() << std::endl; delete sub; // 释放空间 return 0; }
优点：
- 开闭原则，对扩展开放，对修改关闭。容易扩展和维护。
- 代码组织结构清晰，可读性强
五、纯虚函数和抽象类
在C++多态中，通常父类的虚函数的实现是毫无意义的，都是在调用子类重写的内容。C++提供了纯虚函数，语法如下：
virtual 返回值类型 函数名(参数列表) = 0; eg: virtual int func(int a, string s) = 0;
当类中有了纯虚函数，这个类就被称为抽象类。抽象类顾名思义，就很抽象，我们一般在不知道怎么形容一个事务的时候就说它很抽象。所以抽象类的特点：
- 无法实例化对象，比如：不能实例化一个动物或者一个水果出来；
- 子类必须重写父类的纯虚函数，否则也被称为抽象类
代码示例：
// 抽象类 class Base{ public: // 纯虚函数 virtual void func() = 0; }; class Son:public Base{ public: virtual void func(){ std::cout <<"Son func() call" << std::endl; } }; int main(int argc, char* argv[]) { // Base b; // 抽象类不能实例化 Son s; s.func(); // 这样体现不出多态 std::cout << "====== 多态调用 =====" << std::endl; Base *p = new Son; p->func(); delete p; // 释放空间 return 0; }
六、虚析构和纯虚析构
使用多态的时候，如果子类中有属性开辟到了堆区，因为我们都是使用父类指针或者引用去调用。父类的指针是无法调用到子类的析构代码的。也就是说，子类在堆区上申请的空间就不能释放，造成内存泄漏。
解决方案：将父类中的析构函数改写为虚析构或者纯虚析构
#include <iostream> #include <string> using namespace std; class Animal{ public: Animal() { std::cout <<"Animal constructor call" << std::endl; } // 方案1：父类的析构函数为虚函数，可以解决使用多态时子类堆上创建的属性的释放问题 // virtual ~Animal(){ // std::cout <<"Animal destroy call" << std::endl; // } // 方案2：父类的析构函数创建为纯析构函数，因为父类中也有可能有堆上创建的属性，所以需要实现该纯虚析构函数 virtual ~Animal() = 0; virtual void speak() { std::cout << "Animal speaking" << std::endl; } }; // 纯虚析构函数的实现 Animal::~Animal() { std::cout << "Animal pure destroy call" << std::endl; } class Cat:public Animal{ public: Cat(string name) { std::cout <<"Cat constructor call" << std::endl; m_Name = new string(name); } ~Cat() { if (m_Name) { std::cout <<"Cat destroy call" << std::endl; delete m_Name; m_Name = nullptr; } } virtual void speak() // 子类中的虚函数，virtual关键字可加可不加 { std::cout << *m_Name << " Cat speaking" << std::endl; } public: string* m_Name; // 子类中堆上创建的属性 }; int main(int argc, char* argv[]) { Animal * a = new Cat("Tom"); a->speak(); delete a; return 0; }
析构函数为虚函数后的执行效果：
方案1：
方案2：
核心总结
不管我们是使用虚函数还是纯虚函数，要实现多态，子类就必须重写父类的虚函数，并通过父类的指针或者引用去调用子类重写过的方法。
