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6月20日多态

作者：空白诗007 | 2024-06-27 18:05:38

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6月20日多态

4.7多态
4.7.1多态的概念
多态是c++面向对象三大特性之一
多态分两类
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<iostream>
using namespace std;
//动物类
class Animal
{
public:
	//虚函数
	//动态多态满足条件
	//1.有继承关系
	//2.子类要重写父类的虚函数（函数返回值的类型，函数名称，参数列表完全相同）
	 
	//动态多态的使用
	//父类的指针或者引用 执行子类对象

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

	}
};
class Dog :public Animal
{
	void speak()
	{
		cout << "小狗在说话" << endl;
	}
};

void doSpeak(Animal& animal)
{
	animal.speak();//函数的地址早绑定，在编译阶段确定了函数的地址
	//如果想执行让猫说话，那么这个函数地址就不能提前绑定，需要在运行阶段进行绑定，地址晚绑定

}
void test01()
{
	Cat cat;
	doSpeak(cat);
	Dog dog;
	doSpeak(dog);
}
int main()
{
	test01();
	return 0;
}

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4.7.2多态的原理

#include<iostream>
using namespace std;
//动物类
class Animal
{
public:
	//虚函数
	//动态多态满足条件
	//1.有继承关系
	//2.子类要重写父类的虚函数（函数返回值的类型，函数名称，参数列表完全相同）
	 
	//动态多态的使用
	//父类的指针或者引用 执行子类对象

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

	}
};
class Dog :public Animal
{
	void speak()
	{
		cout << "小狗在说话" << endl;
	}
};

void doSpeak(Animal& animal)
{
	animal.speak();//函数的地址早绑定，在编译阶段确定了函数的地址
	//如果想执行让猫说话，那么这个函数地址就不能提前绑定，需要在运行阶段进行绑定，地址晚绑定

}
void test01()
{
	Cat cat;
	doSpeak(cat);
	Dog dog;
	doSpeak(dog);
}
void test02()
{
	cout << "sizeof Animal=" << sizeof(Animal) << endl;
}
int main()
{
	//test01();
	test02();
	return 0;
}

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在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
多态的底层原理涉及到虚函数（virtual function）和虚表（vtable）的概念。下面我来简单解释一下：

  1. 虚函数（virtual function）：

    • 在面向对象的编程中，虚函数是一个在基类中声明的函数，它可以在派生类中被重写（override）。
    • 虚函数的关键特性是它可以通过基类的指针或引用来调用派生类中的方法。这意味着在运行时，程序可以根据对象的实际类型来调用适当的函数。

  2. 虚表（vtable）：

    • 每个含有虚函数的类（即有虚函数的类）都会有一个对应的虚表。虚表是一个存储了类的虚函数地址的表格（或者指针数组）。
    • 对象的每个实例都包含一个指向虚表的指针（通常是作为对象的隐藏成员存在）。
    • 虚表中的每个条目对应一个虚函数，通常是指向实际函数代码的指针。这样，当通过基类的指针或引用调用虚函数时，实际上是通过虚表来找到正确的函数实现。

  3. 多态的实现机制：

    • 当通过基类的指针或引用调用虚函数时，编译器会根据对象的实际类型来确定调用哪个函数。具体步骤如下：
      • 根据对象的实际类型找到对应的虚表。
      • 在虚表中查找函数的地址。
      • 调用该地址处的函数。
    • 这种动态绑定（dynamic binding）的过程使得程序在运行时能够根据对象的实际类型来决定调用哪个函数，从而实现了多态性。

总结来说，多态的底层原理就是通过虚函数和虚表来实现的，它允许程序在运行时根据对象的实际类型调用适当的函数，从而实现了基于继承和重写的多态性特性。
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
利用前期和后期的扩展以及维护

#include<iostream>
#include<string>
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()
{
	//创建一个计算器对象
	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;

}
int main()
{
	test01();
	return 0;
}

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4.7.3利用多态实现计算器

#include<iostream>
#include<string>
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;
		 }
		 //如果想扩展新的操作，需修改源码
		 //在真实的开发中，提倡开闭原则
		 //开闭原则：对扩展进行开发，对修改进行关闭
	}
	int m_Num1;
	int m_Num2;
};
void test01()
{
	//创建一个计算器对象
	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;

}
//利用多态实现计算机
//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
{
	int getResult()
	{
		return m_Num1 + m_Num2;
	}
};
//减法计算器类
class SubCalculator :public AbstractCalculator
{
	int getResult()
	{
		return m_Num1 - m_Num2;
	}
};
class MulCalculator :public AbstractCalculator
{
	int getResult()
	{
		return m_Num1 * m_Num2;
	}
};
//多态好处
//1.组织结构清晰
//2.可读性强
//3.对于前期和后期扩展以及维护性高
void test02()
{
	//多态使用条件
	//父类指针或者引用指向子类对象

	//加法运算
	AbstractCalculator* abc = new AddCalculator;
	abc->m_Num1 = 100;
	abc->m_Num2 = 10;
	cout << abc->m_Num1 << "+" << abc->m_Num2 << "=" << abc->getResult() << endl;
	//堆区数据用完记得销毁
	delete abc;
	//减法运算
	abc = new SubCalculator;
	abc->m_Num1 = 100;
	abc->m_Num2 = 10;
	cout << abc->m_Num1 << "-" << abc->m_Num2 << "=" << abc->getResult() << endl;
	abc = new MulCalculator;
	abc->m_Num1 = 100;
	abc->m_Num2 = 10;
	cout << abc->m_Num1 << "*" << abc->m_Num2 << "=" << abc->getResult() << endl;

}
int main()
{
	//test01();
	test02();
	return 0;
}


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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类容，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虚函数，否则也属于抽象类

#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，这个类称为抽象类
	//抽象类特点：
	//1.无法实例化对象
	//2.抽象类的子类必须重写父类中的纯虚函数，否则也属于抽象类
	virtual void func() = 0;

};

class Son :public Base
{
public:
	void func()
	{
		cout << "func函数的调用" << endl;
	}
	
};
void test01()
{
	//Base b;//抽象类无法实例化对象
	//Son s;//子类必须重写父类中的纯虚函数，否则无法实例化对象
	Base* base = new Son;
	base->func();
}
int main()
{
	test01();
	return 0;
}

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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>
using namespace std;
class AbstractDring
{
public:
	//煮水
	virtual void Boil() = 0;
	//冲泡
	virtual void Brew() = 0;
	//倒入杯中
	virtual void PourCup() = 0;
	//加入辅助佐料
	virtual void PutSomething() = 0;
	void makeDrink()
	{
		Boil();
		Brew();
		PourCup();
		PutSomething();
	}
};
//具体的制作
class Coffee :public AbstractDring
{
	void Boil() 
	{
		cout << "煮农夫山泉" << endl;
	 }
	void Brew()
	{
		cout << "冲泡咖啡" << endl;
	 }
	void PourCup()
	{
		cout << "倒入杯中" << endl;
	}
    void PutSomething()
	{
		cout << "加入糖和牛奶" << endl;
	}

};
class Tea :public AbstractDring
{
	void Boil()
	{
		cout << "煮矿泉水" << endl;
	}
	void Brew()
	{
		cout << "冲泡茶叶" << endl;
	}
	void PourCup()
	{
		cout << "倒入茶杯中" << endl;
	}
	void PutSomething() 
	{
		cout << "加入柠檬" << endl;
	}

};
void dowork(AbstractDring* abs)
{
	abs->makeDrink();
	delete abs;
}
void test01()
{
	dowork(new Coffee);
	
	dowork(new Tea);
}
int main()
{
	test01();
	return 0;
}

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4.7.5虚析构和纯虚构
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构
虚析构和纯虚构共性
1.可以解决父类指针释放子类对象
2.都需要有具体的函数实现
虚析构和纯析构区别：
如果是虚析构，该类属于抽象类，无法实例化对象

虚析构语法：
virtual ~类名{}
纯析构语法~类名（）=0；

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
class Animal
{
public:
	 Animal()
	{
		cout << "Animal的构造函数调用" << endl;
	}
	 //利用虚析构可以解决父类指针释放子类对象时不干净的问题
	/*virtual ~Animal()
	{
		cout << "Aniaml的析构函数的调用" << endl;
	}*/
	 virtual ~Animal() = 0;//纯虚析构
	virtual void speak() = 0;
	
};
//纯虚析构需要声明也需要实现
//有了纯虚析构之后，这个类也属于抽象类，无法实例化对象
Animal:: ~Animal()
{
	cout << "Aniaml的纯虚析构析构函数的调用" << endl;
}
class Cat :public Animal
{
public:
	Cat(string name)
	{
		cout << "Cat的构造函数的调用" << endl;
		m_Name = new string(name);
	}
	~Cat()
	{
		if (m_Name != NULL)
		{
			cout << "Cat析构函数的调用" << endl;
			delete m_Name;
			m_Name = NULL;
		}
	}
	void speak()
	{
		cout << *m_Name<<"小猫在说话" << endl;
	}
	string* m_Name;
};
void test01()
{
	Animal* animal = new Cat("Tom");
	animal->speak();
	//父类指针在析构时候 不会调用子类中的析构函数，导致子类中如果有堆区属性，出现内存泄露情况
	delete animal;
}
int main()
{
	test01();
	return 0;
}

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4.7.6多态案例三-电脑组装
案例描述：
电脑主要组成部分为CPU（用于计算），显卡（用于显示），内存条（用于存贮），将每个零件封装出抽象类，并且提供不同的厂商生产不同的零件，例如inter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
测试组装三台不同的电脑进行工作

#include<iostream>
using namespace std;
class CPU
{
public:
	//抽象类计算函数
	virtual void calculate() = 0;
};
class VideoCard
{
public:
	//抽象的显示函数
	virtual void display() = 0;
};
class Memory
{
	//抽象类储存函数
public:
	virtual void storage() = 0;
};
//电脑
class Computer
{
public:
	Computer(CPU* cpu, VideoCard* vc, Memory* mem)
	{
		m_cpu = cpu;
		m_vc = vc;
		m_mem = mem;
	}
	//提供工作函数
	void work()
	{
		//让零件工作起来,调用接口
		m_cpu->calculate();
		m_vc->display();
		m_mem->storage();
	}
	~Computer()
	{
		if (m_cpu != NULL)
		{
			delete m_cpu;
			m_cpu = NULL;
		}
		if (m_vc != NULL)
		{
			delete m_vc;
			m_vc = NULL;
		}
		if (m_mem != NULL)
		{
			delete m_mem;
			m_mem = NULL;
		}
	}
private:
	CPU* m_cpu;
	VideoCard* m_vc;
	Memory* m_mem;
};
//具体厂商
class InterCPU :public CPU
{
public:
	 void calculate()
	{
		cout << "inter的cpu开始计算了" << endl;
	}
};
class IntervoidyCard :public VideoCard
{
	void display()
	{
		cout << "Inter的显卡开始显示了" << endl;
	}
};
class InterMemory :public Memory
{
public:
	void storage()
	{
		cout << "Inter的内存条开始存储了" << endl;
	}
};
class LenovoCPU :public CPU
{
public:
	void calculate()
	{
		cout << "lenovo的cpu开始计算了" << endl;
	}
};
class LenovoidyCard :public VideoCard
{
	void display()
	{
		cout << "Lenovo的显卡开始显示了" << endl;
	}
};
class LenovoMemory :public Memory
{
public:
	void storage()
	{
		cout << "Lenovo的内存条开始存储了" << endl;
	}
};
void test01()
{
	CPU* interCPU = new InterCPU;
	VideoCard* interCard = new IntervoidyCard;
	Memory* interMemory = new InterMemory;
	Computer* computer1 = new Computer(interCPU, interCard, interMemory);
	computer1->work();
	delete computer1;
}
void test02()
{
	Computer* computer2 = new Computer(new LenovoCPU, new LenovoidyCard, new LenovoMemory);
	computer2->work();
	delete computer2;
}
int main()
{
	test01();
	test02();
	return 0;
}

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