C++多态的基本概念和实现

2023-07-08 微信公众号鲨鱼编程

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引言：

在C++中，多态是一项非常重要的概念。它允许我们在不知道对象具体类型的情况下，调用其方法。本文将深入探讨C++中多态的基本概念，包括多态的定义、多态的实现方式、多态的优点以及多态的应用场景。

一、多态的定义

多态是指同一操作作用于不同的对象，可以有不同的解释，产生不同的执行结果。简单来说，也就是同一个方法或者同一个操作，对于不同的对象会产生不同的行为。

在C++中，多态是通过虚函数（Virtual Function）来实现的。虚函数是指在父类中声明的函数，在子类中可以被重写（Override），并且在运行时动态绑定（Dynamic Binding）。

例如，在一个图形类中，可以定义一个绘制方法，但是不同的图形对象（如矩形、圆形、椭圆）的绘制方法是不一样的。这时候，我们就可以使用多态来实现这种场景。

二、多态的实现方式

在C++中，多态的实现方式主要有两种：虚函数和纯虚函数。

1.虚函数实现多态

虚函数是C++中用于实现多态的重要机制。在父类中声明一个虚函数，然后在子类中重写这个函数，从而实现多态。

下面的代码演示了如何使用虚函数实现多态：

#include <IOStream>
using namespace std;

class Shape {
public:
    virtual void draw() {
        cout << "Drawing a shape" << endl;
    }
};

class Rectangle : public Shape {
public:
    void draw() {
        cout << "Drawing a rectangle" << endl;
    }
};

class Circle : public Shape {
public:
    void draw() {
        cout << "Drawing a circle" << endl;
    }
};

class Ellipse : public Shape {
public:
    void draw() {
        cout << "Drawing an ellipse" << endl;
    }
};

int mAIn() {
    Shape* shapes[3];
    shapes[0] = new Rectangle();
    shapes[1] = new Circle();
    shapes[2] = new Ellipse();
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        shapes[i]->draw();
    }
    return 0;

上面的代码中，我们定义了一个Shape类，它有一个draw虚函数。然后我们定义了三个子类Rectangle、Circle和Ellipse，它们都继承自Shape类，并且重写了draw虚函数。最后，我们创建了一个shapes数组，其中包含了三个不同的图形对象，然后使用循环遍历数组，并调用每个对象的draw虚函数，从而实现了多态。

2.纯虚函数实现多态

纯虚函数是指在父类中声明的虚函数，但是没有具体的实现，需要在子类中实现。在C++中，我们可以使用纯虚函数来定义一个抽象类（Abstract Class），即只有接口没有具体实现的类。

下面的代码演示了如何使用纯虚函数实现多态：

#include <iostream>
using namespace std;

class Shape {
public:
    virtual void draw() = 0;
};

class Rectangle : public Shape {
public:
    void draw() {
        cout << "Drawing a rectangle" << endl;
    }
};

class Circle : public Shape {
public:
    void draw() {
        cout << "Drawing a circle" << endl;
    }
};

class Ellipse : public Shape {
public:
    void draw() {
        cout << "Drawing an ellipse" << endl;
    }
};

int main() {
    Shape* shapes[3];
    shapes[0] = new Rectangle();
    shapes[1] = new Circle();
    shapes[2] = new Ellipse();
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        shapes[i]->draw();
    }
    return 0;
}

上面的代码中，我们将Shape类中的draw函数变成了纯虚函数，即在函数声明后添加“= 0”来定义。这样，我们就不能直接创建Shape对象，而只能创建继承自Shape的子类对象。在子类中，我们需要实现draw函数，才能使用子类对象调用draw函数。通过这种方式，我们可以实现抽象类和多态。

三、多态的优点

多态有以下几个优点：

1.代码重用：多态允许我们在不改变父类代码的情况下，对子类进行扩展和重写，从而实现代码重用。

2.可扩展性：通过继承和多态，我们可以很方便地添加新的子类，从而实现程序的可扩展性。

3.可维护性：通过多态，我们可以将父类的代码和子类的代码分离，从而使程序变得更加容易维护。

4.灵活性：多态允许我们在运行时动态绑定函数，从而实现更加灵活的程序设计。

四、多态的应用场景

多态在实际程序设计中有很多应用场景，下面列举了一些常见的应用场景：

1.工厂模式：工厂模式是一种常见的设计模式，它使用多态来创建对象，从而实现代码的灵活性和可扩展性。

2.图形界面：在图形界面设计中，多态常常被用来处理不同的事件。

3.游戏开发：在游戏开发中，多态常常被用来处理不同的游戏角色和游戏事件。

4.插件系统：在插件系统中，多态常常被用来实现不同的插件接口。

总结：

本文深入探讨了C++中多态的基本概念，包括多态的定义、多态的实现方式、多态的优点以及多态的应用场景。通过学习本文，读者可以更加深入地理解C++中多态的概念和实现方式，从而在实际程序设计中更加灵活地运用多态。