多态

一、基本定义

顾名思义，多种形态。多态是C++面向对象的三大特性之一（封装、继承和多态）。

多态分为两种：

• 静态多态：函数的重载、运算符的重载
• 动态多态：派生类和虚函数实现运行时多态

区别：

• 静态多态的函数地址是早绑定，也就是在编译阶段就能确定函数的地址
• 动态多态的函数地址是晚绑定，也就是在运行阶段才确定函数的地址

C++中允许父类的引用和指针可以直接指向子类对象。也就是说，如果在需要父类的引用或者指针的时候，都可以使用子类的对象或者指针来代替，然后在子类中实现父类中对应的虚函数，就可以实现运行时多态了。

二、动态多态的条件

1. 有继承关系
2. 子类要重写父类的虚函数（重写：函数的返回值及类型 ，函数声明，参数个数、类型顺序要完全相同）

三、如何使用运行时多态

父类的指针或引用，调用子类重写后的虚函数即可实现多态。

代码示例

#include 
using namespace std;// 父类
class Animal{
public:virtual void speak() //虚函数{std::cout << "Animal speaking" << std::endl;}
};class Cat:public Animal{
public:virtual void speak() // 子类中的虚函数，virtual关键字可加可不加{std::cout << " Cat speaking" << std::endl;}
};int main(int argc, char* argv[])
{// 通过父类的指针去指向子类的对象Animal * a = new Cat;// 调用子类重写过的虚函数，实现多态a->speak();delete a;return 0;
}

运行结果：

我们的预期是传入某一类动物就让该类动物叫。上面是早绑定，要想实现需要晚绑定，晚绑定也就是在运行时绑定，很简单，在父类的函数前加virtual关键字。

四、 多态的案例——计算器

4.1 普通写法

缺点：每新增一个功能都需要修改源代码，并加一个else if，不优雅。

#include 
using namespace std;class CheapCalculator{public:int getResult(string op){if (op == "+"){return m_A +m_B;}else if(op == "-"){return m_A - m_B;}else{//}}public:int m_A;int m_B;
};int main(int argc, char* argv[])
{CheapCalculator cal;cal.m_A = 100;cal.m_B = 200;std::cout << "cal.m_A + cal.m_B = " << cal.getResult("+")<< std::endl;return 0；
}

4.2 多态实现：

#include using namespace std;// 计算器的父类，暴露出一个公共接口，并声明为虚函数
class AbstractCalculator{
public:virtual int getResult(){return 0;}
public:int m_A;int m_B;
};
// 加法计算器继承父类，并重写父类的同名虚函数
class AddCalculator:public AbstractCalculator{
public:virtual int getResult(){return m_A + m_B;}
};
// 减法法计算器继承父类，并重写父类的同名虚函数
class SubCalculator:public AbstractCalculator{
public:virtual int getResult(){return m_A - m_B;}
};int main(int argc, char* argv[])
{AbstractCalculator* add = new AddCalculator();add->m_A = 100;add->m_B = 200;std::cout << "add: " << add->getResult() << std::endl;AbstractCalculator* sub = new SubCalculator();sub->m_A = 100;sub->m_B = 200;std::cout << "sub: " << sub->getResult() << std::endl;delete sub; // 释放空间return 0;
}

优点：

• 开闭原则，对扩展开放，对修改关闭。容易扩展和维护。
• 代码组织结构清晰，可读性强

五、纯虚函数和抽象类

在C++多态中，通常父类的虚函数的实现是毫无意义的，都是在调用子类重写的内容。C++提供了纯虚函数，语法如下：

virtual 返回值类型 函数名(参数列表) = 0;
eg:
virtual int func(int a, string s) = 0;

当类中有了纯虚函数，这个类就被称为抽象类。抽象类顾名思义，就很抽象，我们一般在不知道怎么形容一个事务的时候就说它很抽象。所以抽象类的特点：

• 无法实例化对象，比如：不能实例化一个动物或者一个水果出来；
• 子类必须重写父类的纯虚函数，否则也被称为抽象类

代码示例：

// 抽象类
class Base{
public:// 纯虚函数virtual void func() = 0;
};class Son:public Base{
public:virtual void func(){std::cout <<"Son func() call" << std::endl;}
};int main(int argc, char* argv[])
{// Base b; // 抽象类不能实例化Son s;s.func();  // 这样体现不出多态std::cout << "====== 多态调用 =====" << std::endl;Base *p = new Son;p->func();delete p; // 释放空间return 0;
}

六、虚析构和纯虚析构

使用多态的时候，如果子类中有属性开辟到了堆区，因为我们都是使用父类指针或者引用去调用。父类的指针是无法调用到子类的析构代码的。也就是说，子类在堆区上申请的空间就不能释放，造成内存泄漏。

解决方案：将父类中的析构函数改写为虚析构或者纯虚析构

#include 
#include 
using namespace std;class Animal{
public:Animal(){std::cout <<"Animal constructor call" << std::endl;}// 方案1：父类的析构函数为虚函数，可以解决使用多态时子类堆上创建的属性的释放问题// virtual ~Animal(){//     std::cout <<"Animal destroy call" << std::endl;// }// 方案2：父类的析构函数创建为纯析构函数，因为父类中也有可能有堆上创建的属性，所以需要实现该纯虚析构函数virtual ~Animal() = 0; virtual void speak(){std::cout << "Animal speaking" << std::endl;}
};// 纯虚析构函数的实现
Animal::~Animal()
{std::cout << "Animal pure destroy call" << std::endl;
}class Cat:public Animal{
public:Cat(string name){std::cout <<"Cat constructor call" << std::endl;m_Name = new string(name);}~Cat(){if (m_Name){std::cout <<"Cat destroy call" << std::endl;delete m_Name;m_Name = nullptr;}}virtual void speak() // 子类中的虚函数，virtual关键字可加可不加{std::cout << *m_Name << " Cat speaking" << std::endl;}public:string* m_Name; // 子类中堆上创建的属性
};int main(int argc, char* argv[])
{Animal * a = new Cat("Tom");a->speak();delete a;return 0;
}

析构函数为虚函数后的执行效果：
方案1：

方案2：

核心总结

不管我们是使用虚函数还是纯虚函数，要实现多态，子类就必须重写父类的虚函数，并通过父类的指针或者引用去调用子类重写过的方法。