C++语言基础(11)-多态

 

一.产生背景

先看下面的例子:

复制代码
#include <iostream>
using namespace std;

//基类People
class People{
public:
    People(char *name, int age);
    void display();
protected:
    char *m_name;
    int m_age;
};
People::People(char *name, int age): m_name(name), m_age(age){}
void People::display(){
    cout<<m_name<<"今年"<<m_age<<"岁了,是个无业游民。"<<endl;
}

//派生类Teacher
class Teacher: public People{
public:
    Teacher(char *name, int age, int salary);
    void display();
private:
    int m_salary;
};
Teacher::Teacher(char *name, int age, int salary): People(name, age), m_salary(salary){}
void Teacher::display(){
    cout<<m_name<<"今年"<<m_age<<"岁了,是一名教师,每月有"<<m_salary<<"元的收入。"<<endl;
}

int main(){
    People *p = new People("王志刚", 23);
    p -> display();

    p = new Teacher("赵宏佳", 45, 8200);
    p -> display();

    return 0;
}
复制代码

运行结果:

王志刚今年23岁了,是个无业游民。
赵宏佳今年45岁了,是个无业游民。

我们直观上认为,如果指针指向了派生类对象,那么就应该使用派生类的成员变量和成员函数,这符合人们的思维习惯。但是本例的运行结果却告诉我们,当基类指针 p 指向派生类 Teacher 的对象时,虽然使用了 Teacher 的成员变量,但是却没有使用它的成员函数,导致输出结果不伦不类(赵宏佳本来是一名老师,输出结果却显示人家是个无业游民),不符合我们的预期。

也就是说:

基类指针只能访问子类的成员变量,但不能访问子类的成员函数。

为了消除这种尴尬,让基类指针能够访问派生类的成员函数,C++ 增加了虚函数(Virtual Function)。使用虚函数非常简单,只需要在函数声明前面增加 virtual 关键字。

修改上面的代码,将People类的display函数修改成虚函数:

复制代码
#include <iostream>
using namespace std;

//基类People
class People{
public:
    People(char *name, int age);
    virtual void display();  //声明为虚函数
protected:
    char *m_name;
    int m_age;
};
People::People(char *name, int age): m_name(name), m_age(age){}
void People::display(){
    cout<<m_name<<"今年"<<m_age<<"岁了,是个无业游民。"<<endl;
}

//派生类Teacher
class Teacher: public People{
public:
    Teacher(char *name, int age, int salary);
    virtual void display();  //声明为虚函数
private:
    int m_salary;
};
Teacher::Teacher(char *name, int age, int salary): People(name, age), m_salary(salary){}
void Teacher::display(){
    cout<<m_name<<"今年"<<m_age<<"岁了,是一名教师,每月有"<<m_salary<<"元的收入。"<<endl;
}

int main(){
    People *p = new People("王志刚", 23);
    p -> display();

    p = new Teacher("赵宏佳", 45, 8200);
    p -> display();

    return 0;
}
复制代码

再次运行:

王志刚今年23岁了,是个无业游民。
赵宏佳今年45岁了,是一名教师,每月有8200元的收入。

有了虚函数,基类指针指向基类对象时就使用基类的成员(包括成员函数和成员变量),指向派生类对象时就使用派生类的成员。换句话说,基类指针可以按照基类的方式来做事,也可以按照派生类的方式来做事,它有多种形态,或者说有多种表现方式,我们将这种现象称为多态(Polymorphism)

多态是面向对象编程的主要特征之一,C++中虚函数的唯一用处就是构成多态。

C++提供多态的目的是:可以通过基类指针对所有子类(包括直接子类和间接子类)的成员变量和成员函数进行“全方位”的访问,尤其是成员函数。如果没有多态,我们只能访问成员变量

二.借助引用也可以实现多态

复制代码
int main(){
    People p("王志刚", 23);
    Teacher t("赵宏佳", 45, 8200);
   
    People &rp = p;
    People &rt = t;
   
    rp.display();
    rt.display();

    return 0;
}
复制代码

运行结果:
王志刚今年23岁了,是个无业游民。
赵宏佳今年45岁了,是一名教师,每月有8200元的收入。

三.多态的其它用途

复制代码
#include <iostream>
using namespace std;

//军队
class Troops{
public:
    virtual void fight(){ cout<<"Strike back!"<<endl; }
};

//陆军
class Army: public Troops{
public:
    void fight(){ cout<<"--Army is fighting!"<<endl; }
};
//99A主战坦克
class _99A: public Army{
public:
    void fight(){ cout<<"----99A(Tank) is fighting!"<<endl; }
};
//武直10武装直升机
class WZ_10: public Army{
public:
    void fight(){ cout<<"----WZ-10(Helicopter) is fighting!"<<endl; }
};
//长剑10巡航导弹
class CJ_10: public Army{
public:
    void fight(){ cout<<"----CJ-10(Missile) is fighting!"<<endl; }
};

//空军
class AirForce: public Troops{
public:
    void fight(){ cout<<"--AirForce is fighting!"<<endl; }
};
//J-20隐形歼击机
class J_20: public AirForce{
public:
    void fight(){ cout<<"----J-20(Fighter Plane) is fighting!"<<endl; }
};
//CH5无人机
class CH_5: public AirForce{
public:
    void fight(){ cout<<"----CH-5(UAV) is fighting!"<<endl; }
};
//轰6K轰炸机
class H_6K: public AirForce{
public:
    void fight(){ cout<<"----H-6K(Bomber) is fighting!"<<endl; }
};

int main(){
    Troops *p = new Troops;
    p ->fight();
    //陆军
    p = new Army;
    p ->fight();
    p = new _99A;
    p -> fight();
    p = new WZ_10;
    p -> fight();
    p = new CJ_10;
    p -> fight();
    //空军
    p = new AirForce;
    p -> fight();
    p = new J_20;
    p -> fight();
    p = new CH_5;
    p -> fight();
    p = new H_6K;
    p -> fight();

    return 0;
}
复制代码

运行结果:

Strike back!
--Army is fighting!
----99A(Tank) is fighting!
----WZ-10(Helicopter) is fighting!
----CJ-10(Missile) is fighting!
--AirForce is fighting!
----J-20(Fighter Plane) is fighting!
----CH-5(UAV) is fighting!
----H-6K(Bomber) is fighting!

这个例子中的派生类比较多,如果不使用多态,那么就需要定义多个指针变量,很容易造成混乱;而有了多态,只需要一个指针变量 p 就可以调用所有派生类的虚函数。

从这个例子中也可以发现,对于具有复杂继承关系的大中型程序,多态可以增加其灵活性,让代码更具有表现力。



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