类与对象——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 <iostream>
using namespace std;
//animal class
class animal
{
public:
    //虚函数
    virtual void speak()
    {
        cout << "动物在说话" << endl;//不加virtual就是早绑定，加了就是晚绑定
    }
};
//cat class
class cat : public animal
{
public:
    //重写 函数返回值类型 函数名 参数列表 完全相同
    void speak()
    {
        cout << "小猫在说话" << endl;
    }
};
//dog class
class dog : public animal
{
public:
    void speak()
    {
        cout << "小狗在说话" << endl;
    }
};
//执行说话的函数
//地址早绑定 在编译阶段确定函数地址
//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，也就是地址晚绑定

//动态多态满足条件
//1.得有继承关系
//2.子类重写父类虚函数

//动态多态的使用
//父类的指针或引用 执行子类的对象
void dospeak(animal& Animal)//animal & Animalv= cat;
{
    Animal.speak();
}
void test01()
{
    cat ca;//父类的引用指向子类对象
    dospeak(ca);
    dog dogg;
    dospeak(dogg);
}
int main()
{
    test01();
}

 多态原理剖析：

 

 

 

 

 

 

 

 

 未重写时：

 

 

 重写后：

 

 

总结：

多态满足条件

• 有继承关系
• 子类重写父类中的虚函数

多态使用条件

• 父类指针或引用指向子类对象

重写：函数返回值类型 函数名 参数列表 完全一致称为重写

 

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

普通写法：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
class calculator
{
public:
    int geresult(string oper)
    {
        if (oper == "+")
        {
            return n_num1 + n_num2;
        }
        else if (oper == "-")
        {
            return n_num1 - n_num2;
        }
        else if (oper == "*")
        {
            return n_num1 * n_num2;
        }
        else if (oper == "/")
        {
            return n_num1 / n_num2;
        }
    }
    int n_num1;//操作数1
    int n_num2;//操作数2
};
void test01()
{
    //创建计算器的对象
    calculator c;
    c.n_num1 = 10;
    c.n_num2 = 10;
    cout << c.n_num1 << "+" << c.n_num2  << "=" <<c.geresult("+") << endl;
    cout << c.n_num1 << "-" << c.n_num2 << "=" << c.geresult("-") << endl;
    cout << c.n_num1 << "*" << c.n_num2 << "=" << c.geresult("*") << endl;
    cout << c.n_num1 << "/" << c.n_num2 << "=" << c.geresult("/") << endl;
}
int main()
{
    test01();
}

 

 多态写计算器类

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
class calculator
{
public:
    int geresult(string oper)
    {
        if (oper == "+")
        {
            return n_num1 + n_num2;
        }
        else if (oper == "-")
        {
            return n_num1 - n_num2;
        }
        else if (oper == "*")
        {
            return n_num1 * n_num2;
        }
        else if (oper == "/")
        {
            return n_num1 / n_num2;
        }
        //如果想拓展新功能，需求修改源码
        //在真正的开发中 提倡开闭原则
        //开闭原则 对拓展进行开放，对修改进行关闭
    }
    int n_num1;//操作数1
    int n_num2;//操作数2
};
//利用多态来实现计算器
// 多态好处
//1： 组织结构清晰
//2：可读性强
//3：对于前期和后期的维护性高
//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 addcalculatator : public abstractcalculator 
{
public:
    int getresult()
    {
        return m_num1 + m_num2;
    }
};
//减法计数器的类
class subcalculatator : public abstractcalculator
{
public:
    int getresult()
    {
        return m_num1 - m_num2;
    }
};
//乘法计算器类
class mulcalculatator : public abstractcalculator
{
public:
    int getresult()
    {
        return m_num1 * m_num2;
    }
};
//除法计算器类
class divicalculatator : public abstractcalculator
{
public:
    int getresult()
    {
        return m_num1 / m_num2;
    }
};
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 addcalculatator;
    abc->m_num1 = 10;
    abc->m_num2 = 10;
    cout << abc->m_num1 << "+" << abc->m_num2 << "=" << abc->getresult() << endl;
    //用完后记得销毁
    delete abc;
    //减法运算
    abc = new subcalculatator;
    abc->m_num1 = 10;
    abc->m_num2 = 10;
    cout << abc->m_num1 << "-" << abc->m_num2 << "=" << abc->getresult() << endl;
    delete abc;
    //乘法运算
    abc = new mulcalculatator;
    abc->m_num1 = 10;
    abc->m_num2 = 10;
    cout << abc->m_num1 << "*" << abc->m_num2 << "=" << abc->getresult() << endl;
    delete abc;
    //除法运算
    abc = new divicalculatator;
    abc->m_num1 = 10;
    abc->m_num2 = 10;
    cout << abc->m_num1 << "/" << abc->m_num2 << "=" << abc->getresult() << endl;
    delete abc;

}
int main()
{
    test02();
}

 

 总结：C++开发提倡利用多态设计程序架构，因为多态优点很多

纯虚函数和抽象类

#include <iostream>
using namespace std;
//纯虚函数和抽象类
class base
{
public:
    //纯虚函数
    //只要有一个纯虚函数，这个类称之为抽象类
    //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:
    virtual void func()
    {
        cout << "func 函数的调用" << endl;
    }
};
void test01()
{
//    base b;//抽象类 无法实例化对象
//    new base;//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* ba = new son;
    ba->func();
}
int main()
{
    test01();
}

 

 

 

 

 

 

 

 

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 abcstractdrink
{
public:
    //煮水
    virtual void boil () = 0;
    //冲泡
    virtual void brew() = 0;
    //倒入杯中
    virtual void pourcup() = 0;
    //加入辅料
    virtual void  putsomething() = 0;
    //制作饮品
    void makedrink()
    {
        boil();
        brew();
        pourcup();
        putsomething();
    }
};
//制作咖啡
class coffe : public abcstractdrink
{
public:
    //煮水
    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 pourcup()
    {
        cout << "倒入杯中" << endl;
    }
    //加入辅料
    virtual void  putsomething()
    {
        cout << "加入糖和牛奶" << endl;
    }
};
//制作茶叶
class tea : public abcstractdrink
{
public:
    //煮水
    virtual void boil()
    {
        cout << "煮矿泉水" << endl;
    }
    //冲泡
    virtual void brew()
    {
        cout << "冲泡茶叶" << endl;
    }
    //倒入杯中
    virtual void pourcup()
    {
        cout << "倒入杯中" << endl;
    }
    //加入辅料
    virtual void  putsomething()
    {
        cout << "加入枸杞" << endl;
    }
};
//制作函数
void dowork(abcstractdrink* abs)//abcstractdrink* abs = new coffe
{
    abs->makedrink();
    delete abs;
}

void test01()
{
    //制作咖啡函数
    dowork(new coffe);//abcstractdrink* abs = new coffe
    cout << "-----------------------------" << endl;
    //制作茶叶
    dowork(new tea);
}
int main()
{
    test01();
}

 

 

虚析构和纯虚析构

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(){}

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

#include <iostream>
using namespace std;
class CPU
{
public:
    virtual void calculate() = 0;
};
class Videocard
{
public:
    virtual void display() = 0;
};
class Memory
{
public:
    virtual void storage() = 0;
};
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，来释放三个电脑零件
    ~computer()
    {
        if (m_cpu != 0)
        {
            delete m_cpu;
            m_cpu = 0;
        }
        if (m_vc != 0)
        {
            delete m_vc;
            m_vc = 0;
        }
        if (m_mem != 0)
        {
            delete m_mem;
            m_mem = 0;
        }

    }
private:
    CPU* m_cpu;
    Videocard* m_vc;
    Memory* m_mem;
};
//具体厂商
class Intelcpu : public CPU
{
public:
    void calculate()
    {
        cout << "intel 的cpu 开始工作了" << endl;
    }
};
class Intelvc : public Videocard
{
public:
    void display()
    {
        cout << "intel 的videocard 开始工作了" << endl;
    }
};
class Intelmem : public Memory
{
public:
    void storage()
    {
        cout << "intel 的memory 开始工作了" << endl;
    }
};
void test01()
{
    CPU* intelcpu = new  Intelcpu;
    Videocard* intelvc = new  Intelvc;
    Memory* intelmem = new Intelmem;
    computer *computer1=new computer(intelcpu, intelvc, intelmem);
    computer1->work();
    delete computer1;
}
int main()
{
    test01();
}