第七层：多态

news2024/11/15 13:39:00

文章目录

  • 前情回顾
  • 多态
    • 多态的基本概念
    • 动态多态的满足条件
    • 动态多态的使用
    • 虚函数
    • 多态的优点
    • 纯虚函数和抽象类
      • 抽象类特点
    • 虚析构和纯虚析构
      • 虚析构和纯虚析构的共性
      • 虚析构和纯虚析构的区别
  • 面向对象结束，接下来是什么?
  • 本章知识点（图片形式）

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前情回顾

在第六层中，我遇到了继承，它是面向对象三大特性之一，它也是我遇到的第二个面向对象的特性，因为继承，C++中的类被分成子类和父类，还有虚继承等强大的力量，但是，我还是掌握，走向了第七层…

  • 🚄上章地址：第六层：继承

多态

“你来了啊，这层有着面向对象的最后一种特性——多态，它是每一个C++程序员都必须掌握的核心技术，希望你也可以掌握…”“面向对象的最后一中特性了吗？看起来是一场恶战。”

多态的基本概念

多态是C++面向对象的三大特性之一，多态分为两类：

  • 静态多态：两种重载（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：子类和虚函数实现运行时发生的多态

那这两种多态有什么区别呢？

  • 静态多态的函数地址早绑定（在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）

那什么是晚绑定，什么是早绑定？下面就是早绑定的案例：

  • 现在有一个函数，它的参数是父类引用，里面调用父类和子类当中都有的函数，现在传过去一个子类，可以调用吗？可以的话，是调用子类还是父类？
#include<iostream>
using namespace std;

class A
{
public:
	void a1()
	{
		cout << "A在调用" << endl;
	}
};

class A1 :public A
{
public:
	void a1()
	{
		cout << "A1在调用" << endl;
	}
};

void polym(A& a)
{
	a.a1();
}
void test1()
{
	A1 a;
	polym(a);
}
int main()
{
	test1();
	return 0;
}

在这里插入图片描述
是可以调用的，因为在C++中，允许父子之间的类型转换，不需要做强制类型转换，父类的引用可以直接指向子类，但是反省调用的是父类中的函数，那为什么传过去一个子类却调用的是父类呢？因为在底层，是调用父类，这个时候就是因为地址的早绑定，在编译阶段就确定了函数地址，所以不管传子还是父，都会指向父类中的函数地址，调用父类中的函数地址，如果要执行子类，那便不能让编译器就编译阶段就确定函数地址，不能进行早绑定，需要在运行时在进行绑定，这个时候就叫做地址晚绑定，需要在父类成员函数前加：

  • virtual

这个时候成员函数就变成了虚函数，也就实现晚绑定了：

#include<iostream>
using namespace std;

class A
{
public:
	virtual void a1()
	{
		cout << "A在调用" << endl;
	}
};

class A1 :public A
{
public:
	void a1()
	{
		cout << "A1在调用" << endl;
	}
};

void polym(A& a)
{
	a.a1();
}
void test1()
{
	A1 a;
	polym(a);
}
int main()
{
	test1();
	return 0;
}

在这里插入图片描述

动态多态的满足条件

在上面所提到的地址晚绑定，就是动态多态，那要实现动态多态，有一些需要满足的条件：

  • 有继承关系
  • 子类中要重写父类中虚函数（返回类型、函数名、参数列表都要一致），对于子类中的函数重写，virtual可加可不加

动态多态的使用

  • 使用父类指针或者引用去执行子类对象

那具体为什么会这样呢？就是因为虚函数的作用。

虚函数

在第三层：C++中的对象和this指针中提到了，在类内没有非静态成员时的大小为一，那类内只有有虚函数的时候，大小是多少？

#include<iostream>
using namespace std;

class A
{
public:
	virtual void a1()
	{
		cout << "A在调用" << endl;
	}
};

class A1 :public A
{
public:
	void a1()
	{
		cout << "A1在调用" << endl;
	}
};

void test1()
{
	cout << sizeof(A) << endl;
}
int main()
{
	test1();
	return 0;
}

在这里插入图片描述
是8，那它的本质其实是指针，因为我编译器的环境是x64，所以是8，那虚函数的内部指向的其实和虚继承一样，内部也只一个指针，但是是vfptr，叫做虚函数指针，会指向vftable，叫做虚函数表，这个虚函数表内部是记录的是虚函数地址，当父类的指针指向的是指针或者引用的时候，发生多态，当子类通过父类引用调用函数的时候，就会去子类的虚函数表内调用子类当中的函数，因为重写，子类的函数就会覆盖掉自己虚函数表中的父类函数，这个时候就会调用子类函数。
在这里插入图片描述

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

可以用代码实现一个不用多态的和一个使用多态的来对比验证：

  • 现在处于一个麦饮料的地方，需要你选择饮料

普通方法：

#include<string>
#include<iostream>
using namespace std;

class drink
{
public:
	void dele(string s)
	{
		if (s == "mike")
		{
			cout << "牛奶来咯" << endl;
		}
		else if (s == "orange")
		{
			cout << "橙汁来咯" << endl;
		}
		else if (s == "coke")
		{
			cout << "可乐来咯" << endl;
		}
	}	
	string _d;
};
void test1()
{
	drink d;
	cin >> d._d;
	d.dele(d._d);
}
int main()
{
	test1();
	return 0;
}

在这里插入图片描述
多态实现：

#include<string>
#include<iostream>
using namespace std;

class drink
{
public:
	virtual void dele()
	{
		
	}	
};
class mike :public drink
{
public:
	void dele()
	{
		cout << "牛奶来咯" << endl;
	}
};
class orange :public drink
{
public:
	void dele()
	{
		cout << "橙汁来咯" << endl;
	}
};
class coke :public drink
{
public:
	void dele()
	{
		cout << "可乐来咯" << endl;
	}
};
void test1()
{
	drink *d = new coke;
	d->dele();
	delete d;
	d=NULL;
}
int main()
{
	test1();
	return 0;
}

在这里插入图片描述
可以发现，多态的代码量要远远超于普通的写法，那为什么还要使用多态？就是因为多态的三个优点，并且，对于第三个优点来说，对于普通写法，要加入什么饮品，需要修改原码，而在真实的开发中，是不建议去修改的，提倡开闭原则1。

纯虚函数和抽象类

上面例子中，可以看到对于父类中的虚函数是基本不会调用的，用的多的是子类中的同名函数，这个时候，可以将父类中的虚函数变成纯虚函数，语法：

  • virtual 返回类型 函数名 （参数） =0；（大括号不用写）

这个时候，当类内有了纯虚函数，这个类也就被称为抽象类。

抽象类特点

  • 抽象类无法实例化对象
  • 子类必须重写抽象类函数中的纯虚函数，否则子类也会成为抽象类

验证抽象类无法实例化对象：

#include<string>
#include<iostream>
using namespace std;

class drink
{
public:
	virtual void dele() = 0;
};
class mike :public drink
{
public:
	void dele()
	{
		cout << "牛奶来咯" << endl;
	}
};
class orange :public drink
{
public:
	void dele()
	{
		cout << "橙汁来咯" << endl;
	}
};
class coke :public drink
{
public:
	void dele()
	{
		cout << "可乐来咯" << endl;
	}
};
void test1()
{
	drink d;
}
int main()
{
	test1();
	return 0;
}

在这里插入图片描述
验证子类不重写函数也将变成抽象类：

#include<string>
#include<iostream>
using namespace std;

class drink
{
public:
	virtual void dele() = 0;
};
class mike :public drink
{
public:
	void dele(int a)
	{
		cout << "牛奶来咯" << endl;
	}
};
class orange :public drink
{
public:
	void dele()
	{
		cout << "橙汁来咯" << endl;
	}
};
class coke :public drink
{
public:
	void dele()
	{
		cout << "可乐来咯" << endl;
	}
};
void test1()
{
	mike d;
}
int main()
{
	test1();
	return 0;
}

在这里插入图片描述

虚析构和纯虚析构

  • 在使用多态的时候，子类中有成员属性开辟空间到堆区，则父类指针在释放的时候无法调用子类中的析构函数

验证：

#include<string>
#include<iostream>
using namespace std;

//人
class people
{
public:
	people()//查看是否调用
	{
		cout << "父类内构造函数调用" << endl;
	}
	~people()//查看是否调用
	{
		cout << "父类内析构函数调用" << endl;
	}
	virtual void come() = 0;//纯虚函数
};
//男人
class man :public people
{
public:
	man(string _name)//查看是否调用
	{
		cout << "子类内构造函数调用"	<< endl;
		this->_name = new string(_name);//对名字进行初始化
	}
	~man()//查看是否调用
	{
		if (_name != NULL)
		{
			cout << "子类内析构函数调用" << endl;
			delete _name;
			_name = NULL;
		}
	}
	void come()
	{
		cout <<*_name<<"来咯" << endl;
	}
	string* _name;//用指针来管理名字
};

void test1()
{
	people* p = new man("张三");
	p->come();
	delete p;
	p = NULL;
}
int main()
{
	test1();
	return 0;
}

在这里插入图片描述
那这个时候就会造成内存泄漏，那怎么去解决呢？

  • 将父类中的析构函数变成虚析构或者纯虚析构
#include<string>
#include<iostream>
using namespace std;

//人
class people
{
public:
	people()//查看是否调用
	{
		cout << "父类内构造函数调用" << endl;
	}
	virtual ~people()//查看是否调用
	{
		cout << "父类内析构函数调用" << endl;
	}
	virtual void come() = 0;//纯虚函数
};
//男人
class man :public people
{
public:
	man(string _name)//查看是否调用
	{
		cout << "子类内构造函数调用"	<< endl;
		this->_name = new string(_name);//对名字进行初始化
	}
	~man()//查看是否调用
	{
		if (_name != NULL)
		{
			cout << "子类内析构函数调用" << endl;
			delete _name;
			_name = NULL;
		}
	}
	void come()
	{
		cout <<*_name<<"来咯" << endl;
	}
	string* _name;//用指针来管理名字
};

void test1()
{
	people* p = new man("张三");
	p->come();
	delete p;
	p = NULL;
}
int main()
{
	test1();
	return 0;
}

在这里插入图片描述
选择就会走子类的调用，如果是纯虚析构呢？

#include<string>
#include<iostream>
using namespace std;

//人
class people
{
public:
	people()//查看是否调用
	{
		cout << "父类内构造函数调用" << endl;
	}
	virtual ~people() = 0;//查看是否调用
	virtual void come() = 0;//纯虚函数
};
//男人
class man :public people
{
public:
	man(string _name)//查看是否调用
	{
		cout << "子类内构造函数调用"	<< endl;
		this->_name = new string(_name);//对名字进行初始化
	}
	~man()//查看是否调用
	{
		if (_name != NULL)
		{
			cout << "子类内析构函数调用" << endl;
			delete _name;
			_name = NULL;
		}
	}
	void come()
	{
		cout <<*_name<<"来咯" << endl;
	}
	string* _name;//用指针来管理名字
};

void test1()
{
	people* p = new man("张三");
	p->come();
	delete p;
	p = NULL;
}
int main()
{
	test1();
	return 0;
}

在这里插入图片描述
那这里是为什么呢？可以看到报错内容说纯虚析构是无法解析的外部符号，对比上面的虚析构，发现，纯虚析构没有定义，纯虚函数可以不用定义，那为什么纯虚析构就需要定义了呢？这是因为，析构是所有类在销毁前会走的一个函数，这个时候，内部没有实现，就走不过去，就会产生报错，那解决方法就是，在类外定义析构函数，需要在析构函数名前加上作用域：

#include<string>
#include<iostream>
using namespace std;

//人
class people
{
public:
	people()//查看是否调用
	{
		cout << "父类内构造函数调用" << endl;
	}
	virtual ~people() = 0;//查看是否调用
	virtual void come() = 0;//纯虚函数
};
people::~people()
{
		cout << "父类内析构函数调用" << endl;
}
//男人
class man :public people
{
public:
	man(string _name)//查看是否调用
	{
		cout << "子类内构造函数调用"	<< endl;
		this->_name = new string(_name);//对名字进行初始化
	}
	~man()//查看是否调用
	{
		if (_name != NULL)
		{
			cout << "子类内析构函数调用" << endl;
			delete _name;
			_name = NULL;
		}
	}
	void come()
	{
		cout <<*_name<<"来咯" << endl;
	}
	string* _name;//用指针来管理名字
};

void test1()
{
	people* p = new man("张三");
	p->come();
	delete p;
	p = NULL;
}
int main()
{
	test1();
	return 0;
}

在这里插入图片描述

虚析构和纯虚析构的共性

  • 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

虚析构和纯虚析构的区别

  • 有纯虚析构的类也是抽象类，无法实例化对象

验证：

#include<string>
#include<iostream>
using namespace std;

//人
class people
{
public:
	people()//查看是否调用
	{
		cout << "父类内构造函数调用" << endl;
	}
	virtual ~people() = 0;//查看是否调用
	virtual void come() = 0;//纯虚函数
};
people::~people()
{
		cout << "父类内析构函数调用" << endl;
}
//男人
class man :public people
{
public:
	man(string _name)//查看是否调用
	{
		cout << "子类内构造函数调用"	<< endl;
		this->_name = new string(_name);//对名字进行初始化
	}
	~man()//查看是否调用
	{
		if (_name != NULL)
		{
			cout << "子类内析构函数调用" << endl;
			delete _name;
			_name = NULL;
		}
	}
	void come()
	{
		cout <<*_name<<"来咯" << endl;
	}
	string* _name;//用指针来管理名字
};

void test1()
{
	people p;
}
int main()
{
	test1();
	return 0;
}

在这里插入图片描述

面向对象结束，接下来是什么?

随着石碑倒下，看着眼前的楼梯，我心情沉重，“面向对象结束了，那接下来会是什么？”
…

本章知识点（图片形式）

在这里插入图片描述

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  1. 开闭原则：对扩展进行开发，对修改进行关闭。 ↩︎

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