C++整理16_多态

多态（Polymorphism）

1. 什么是多态

概念：多态是指在不同的上下文中，相同的操作或函数调用可能会产生不同的行为。它允许开发者编写出更通用、更灵活的代码。
原理：多态主要通过虚函数和函数重载实现。它使得函数调用可以根据调用对象的实际类型来决定执行哪个函数。
用法：基类中声明虚函数，派生类重写这些虚函数。

案例代码：

class Animal {
public:
    virtual void speak() {
        cout << "Animal speaks" << endl;
    }
};

class Dog : public Animal {
public:
    void speak() override {
        cout << "Dog barks" << endl;
    }
};

class Cat : public Animal {
public:
    void speak() override {
        cout << "Cat meows" << endl;
    }
};

void makeSound(Animal& animal) {
    animal.speak(); // 多态调用
}

int main() {
    Dog dog;
    Cat cat;
    makeSound(dog); // 输出 Dog barks
    makeSound(cat); // 输出 Cat meows
    return 0;
}

2. 多态分类

编译时多态：

• 强制多态（也称为静态多态）：通过函数重载和运算符重载实现，编译器在编译时确定调用哪个函数。
• 重载多态：通过函数重载实现，编译器根据函数签名（函数名和参数列表）来决定调用哪个函数。
• 参数化多态：通过模板实现，允许在编译时根据模板参数生成不同的函数或类实例。

运行时多态：

• 包含多态（也称为动态多态）：通过虚函数实现，运行时根据对象的实际类型来决定调用哪个函数。

3. 编译时多态：早绑定

概念：编译时多态也称为早绑定，因为函数调用的绑定在编译时就已经确定。
原理：编译器根据函数签名或重载决议来决定调用哪个函数。
用法：函数重载、运算符重载和模板。

案例代码（函数重载）：

void print(int i) {
    cout << "Printing int: " << i << endl;
}

void print(double f) {
    cout << "Printing double: " << f << endl;
}

int main() {
    print(5);     // 编译时确定调用 print(int)
    print(5.0);   // 编译时确定调用 print(double)
    return 0;
}

4. 运行时多态：晚绑定

概念：运行时多态也称为晚绑定，因为函数调用的绑定在运行时才确定。
原理：通过虚函数表（vtable）和虚函数指针（vptr）实现。每个包含虚函数的类都有一个虚函数表，对象会包含一个指向该表的指针。
用法：在基类中声明虚函数，在派生类中重写这些虚函数。

案例代码（虚函数）：

class Base {
public:
    virtual void func() {
        cout << "Base::func()" << endl;
    }
};

class Derived : public Base {
public:
    void func() override {
        cout << "Derived::func()" << endl;
    }
};

int main() {
    Base* b = new Derived();
    b->func(); // 运行时确定调用 Derived::func()
    delete b;
    return 0;
}

多态是面向对象编程的一个重要特性，它提供了一种方式，使得相同的接口可以表现出不同的行为，这使得代码更加灵活和可扩展。