多态

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

静态多态：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

静态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

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;

class Animal {
    public:
        virtual void speak() {  //加virtual是晚绑定  不加virtual是早绑定 
            cout << "动物在说话" << endl;
        }
};

class Cat : public Animal {
    public:
        void speak() {
            cout << "猫在说话" << endl;
        }
};

//执行说话的函数
//地址早绑定  在编译阶段确定函数地址  输出：动物在说话
//地址晚绑定  在运行阶段确定函数地址  输出：猫在说话 
void doSpeak(Animal &animal) { //Animal & animal = cat; 向上类型转换 
    animal.speak();
}

int main() {
    Cat cat;
    doSpeak(cat);
}

动态多态满足条件：

有继承关系
子类重写父类的虚函数（子类的virtual可写可不写）

动态多态使用：父类的指针或者引用，指向子类的对象

多态案例一：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

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;

//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;
            }
        }
        
        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;
}

//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 
class AddCalculator : public AbstractCalculator {
    public:
        int getResult() {
            return m_Num1 + m_Num2;
        }
};

//减法计算器 
class SubCalculator : public AbstractCalculator {
    public:
        int getResult() {
            return m_Num1 - m_Num2;
        }
};

void test02() {
    //加法计算 
    AbstractCalculator * abc = new AddCalculator;
    abc->m_Num1 = 10;
    abc->m_Num2 = 10;
    
    cout << abc->m_Num1 << "+" << abc->m_Num2 << "=" << abc->getResult() <<endl;
    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;
    
} 

int main() {
    test01();
    test02();
}

纯虚函数和抽象类

在多态中，通常父类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

多态案例二：制作饮品

//抽象制作饮品
class AbstractDrinking {
public:
    //烧水
    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;
    //规定流程
    void MakeDrink() {
        Boil();
        Brew();
        PourInCup();
        PutSomething();
    }
};

//制作咖啡
class Coffee : public AbstractDrinking {
public:
    //烧水
    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 << "将咖啡倒入杯中!" << endl;
    }
    //加入辅料
    virtual void PutSomething() {
        cout << "加入牛奶!" << endl;
    }
};

//制作茶水
class Tea : public AbstractDrinking {
public:
    //烧水
    virtual void Boil() {
        cout << "煮自来水!" << endl;
    }
    //冲泡
    virtual void Brew() {
        cout << "冲泡茶叶!" << endl;
    }
    //倒入杯中
    virtual void PourInCup() {
        cout << "将茶水倒入杯中!" << endl;
    }
    //加入辅料
    virtual void PutSomething() {
        cout << "加入枸杞!" << endl;
    }
};

//业务函数
void DoWork(AbstractDrinking* drink) {
    drink->MakeDrink();
    delete drink;
}

void test01() {
    DoWork(new Coffee);
    cout << "--------------" << endl;
    DoWork(new Tea);
}


int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

虚析构和纯析构

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(){}

示例：

class Animal {
public:

    Animal()
    {
        cout << "Animal 构造函数调用！" << endl;
    }
    virtual void Speak() = 0;

    //析构函数加上virtual关键字，变成虚析构函数
    //virtual ~Animal()
    //{
    //    cout << "Animal虚析构函数调用！" << endl;
    //}


    virtual ~Animal() = 0;
};

Animal::~Animal()
{
    cout << "Animal 纯虚析构函数调用！" << endl;
}

//和包含普通纯虚函数的类一样，包含了纯虚析构函数的类也是一个抽象类。不能够被实例化。

class Cat : public Animal {
public:
    Cat(string name)
    {
        cout << "Cat构造函数调用！" << endl;
        m_Name = new string(name);
    }
    virtual void Speak()
    {
        cout << *m_Name <<  "小猫在说话!" << endl;
    }
    ~Cat()
    {
        cout << "Cat析构函数调用!" << endl;
        if (this->m_Name != NULL) {
            delete m_Name;
            m_Name = NULL;
        }
    }

public:
    string *m_Name;
};

void test01()
{
    Animal *animal = new Cat("Tom");
    animal->Speak();

    //通过父类指针去释放，会导致子类对象可能清理不干净，造成内存泄漏
    //怎么解决？给基类增加一个虚析构函数
    //虚析构函数就是用来解决通过父类指针释放子类对象
    delete animal;
}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    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

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基类，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>
using namespace std;

//抽象CPU类
class CPU
{
public:
    //抽象的计算函数
    virtual void calculate() = 0;
};

//抽象显卡类
class VideoCard
{
public:
    //抽象的显示函数
    virtual void display() = 0;
};

//抽象内存条类
class Memory
{
public:
    //抽象的存储函数
    virtual void storage() = 0;
};

//电脑类
class Computer
{
public:
    Computer(CPU * cpu, VideoCard * vc, Memory * mem)
    {
        m_cpu = cpu;
        m_vc = vc;
        m_mem = mem;
    }

    //提供工作的函数
    void work()
    {
        //让零件工作起来，调用接口
        m_cpu->calculate();

        m_vc->display();

        m_mem->storage();
    }

    //提供析构函数 释放3个电脑零件
    ~Computer()
    {

        //释放CPU零件
        if (m_cpu != NULL)
        {
            delete m_cpu;
            m_cpu = NULL;
        }

        //释放显卡零件
        if (m_vc != NULL)
        {
            delete m_vc;
            m_vc = NULL;
        }

        //释放内存条零件
        if (m_mem != NULL)
        {
            delete m_mem;
            m_mem = NULL;
        }
    }

private:

    CPU * m_cpu; //CPU的零件指针
    VideoCard * m_vc; //显卡零件指针
    Memory * m_mem; //内存条零件指针
};

//具体厂商
//Intel厂商
class IntelCPU :public CPU
{
public:
    virtual void calculate()
    {
        cout << "Intel的CPU开始计算了！" << endl;
    }
};

class IntelVideoCard :public VideoCard
{
public:
    virtual void display()
    {
        cout << "Intel的显卡开始显示了！" << endl;
    }
};

class IntelMemory :public Memory
{
public:
    virtual void storage()
    {
        cout << "Intel的内存条开始存储了！" << endl;
    }
};

//Lenovo厂商
class LenovoCPU :public CPU
{
public:
    virtual void calculate()
    {
        cout << "Lenovo的CPU开始计算了！" << endl;
    }
};

class LenovoVideoCard :public VideoCard
{
public:
    virtual void display()
    {
        cout << "Lenovo的显卡开始显示了！" << endl;
    }
};

class LenovoMemory :public Memory
{
public:
    virtual void storage()
    {
        cout << "Lenovo的内存条开始存储了！" << endl;
    }
};


void test01()
{
    //第一台电脑零件
    CPU * intelCpu = new IntelCPU;
    VideoCard * intelCard = new IntelVideoCard;
    Memory * intelMem = new IntelMemory;

    cout << "第一台电脑开始工作：" << endl;
    //创建第一台电脑
    Computer * computer1 = new Computer(intelCpu, intelCard, intelMem);
    computer1->work();
    delete computer1;

    cout << "-----------------------" << endl;
    cout << "第二台电脑开始工作：" << endl;
    //第二台电脑组装
    Computer * computer2 = new Computer(new LenovoCPU, new LenovoVideoCard, new LenovoMemory);;
    computer2->work();
    delete computer2;

    cout << "-----------------------" << endl;
    cout << "第三台电脑开始工作：" << endl;
    //第三台电脑组装
    Computer * computer3 = new Computer(new LenovoCPU, new IntelVideoCard, new LenovoMemory);;
    computer3->work();
    delete computer3;

}

posted @ 2021-08-16 17:15 白藏i 阅读(50) 评论(0) 收藏举报

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