C++面向对象三大特性之多态

1.1多态的基本概念

继承性反映的是类与类之间的层次关系，多态性则是考虑这种层次关系以及类自身特定成员函数之间的关系来解决行为的再抽象问题。其实就是同一符号或者名字在不同情况下具有不同解释的现象，即是指同一个函数的多种形态。

多态分为两类
1.静态多态：函数重载和运算符重载都是属于静态多态，复用函数名
2.动态多态：派生类和虚函数实现运行时多态

静态和动态多态区别：
1.静态多态函数地址早绑定，编译阶段确定函数地址
2.动态多态的函数地址晚绑定，运行阶段确定函数地址

class Animal {
public:
	virtual void speak() {
		cout << "动物在说话" << endl;
	}
};

class Cat :public Animal {
public:
	void speak() {
		cout << "小猫在说话" << endl;
	}
};

class Dog :public Animal {
public:
	void speak() {
		cout << "小狗在说话" << endl;
	}
};
//我们希望传入什么对象，那么就调用什么对象的函数
//如果函数地址在编译阶段就能确定，那么静态联编
//如果函数地址在运行阶段才能确定，就是动态联编
void DoSpeak(Animal& animal) {
	animal.speak();
}
//多态满足条件：
//1.有继承关系
//2.子类重写父类中的虚函数
//多态使用：
//父类指针或者引用指向子类对象
void test01() {
	Cat cat;
	DoSpeak(cat);

	Dog dog;
	DoSpeak(dog);
}

int main() {
	test01();
	return 0;
}

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

1.2 多态案例一，计算机类

案例描述一：
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

普通实现

class Calculate {
public:
	int getResult(string oper) {
		if (oper == "+") {
			return m_Num1 + m_Num2;
		}
		else if (oper == "-") {
			return m_Num1 - m_Num2;
		}
		else if (oper == "*") {
			return m_Num1*m_Num2;
		}
	}
public:
	int m_Num1;
	int m_Num2;
};
void test01() {
	Calculate c;
	c.m_Num1 = 10;
	c.m_Num2 = 10;
	cout << c.m_Num1 << "+" << c.m_Num2 << "=" << c.getResult("+") << endl;
	cout << c.m_Num1 << "-" << c.m_Num2 << "=" << c.getResult("-") << endl;
	cout << c.m_Num1 << "*" << c.m_Num2 << "=" << c.getResult("*") << endl;
}
int main() {
	test01();
	return 0;
}

多态实现

抽象计算器类
多态优点；代码组织结构清晰，可读性强，利于前期和后期扩展以及维护

class AbstractCalculate {
public:
	virtual int getresult() {
		return 0;
	}
	int m_num1;
	int m_num2;
};

class Add :public AbstractCalculate {
public:
	int getresult() {
		return m_num1 + m_num2;
	}
};
class Jian :public AbstractCalculate {
public:
	int getresult() {
		return m_num1 - m_num2;
	}
};
class Cheng :public AbstractCalculate {
public:
	int getresult() {
		return m_num1 * m_num2;
	}
};
void test02() {
	AbstractCalculate* abc = new Add;
	abc->m_num1 = 10;
	abc->m_num2 = 20;
	cout << abc->m_num1 << "+" << abc->m_num2 << "=" << abc->getresult()<<endl;
	delete abc;

	abc = new Jian;
	abc->m_num1 = 10;
	abc->m_num2 = 20;
	cout << abc->m_num1 << "-" << abc->m_num2 << "=" << abc->getresult() << endl;
	delete abc;

	abc = new Cheng;
	abc->m_num1 = 10;
	abc->m_num2 = 20;
	cout << abc->m_num1 << "*" << abc->m_num1 << "=" << abc->getresult() << endl;
	delete abc;
}
int main() {
	test02();
	return 0;
}

1.3纯虚函数和抽象类

多态中，通常父类中虚函数的实现都是毫无意义的，主要都是调用子类重写的内容
故可以将虚函数改为纯虚函数

纯虚函数语法：virtual 返回值类型函数名（参数列表） = 0
当类中有了纯虚函数，这个类也称为抽象类

抽象类特点：
无法实例化对象
子类必须重写抽象类中的纯虚函数，否则也属于抽象类

class Base {
public:
	//纯虚函数
	//类中只要有一个纯虚函数就称为抽象类
	//抽象类无法实例化对象
	//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调用" << endl;
	}
};
void test01() {
	Base* base = NULL;
	//base = new Base;//抽象类无法实例化对象
	base = new Son;
	base->func();
	delete base;
}

int main() {
	test01();
	return 0;
}

1.4多态案例二，制作饮品

class AbstractDrinking {
public:
	//抽象动作
	virtual void Boil() = 0;//煮
	virtual void Brew() = 0;//冲泡
	virtual void PourInCup() = 0;//倒入杯子
	virtual void PutSomething() = 0;//放东西
	//规定流程
	void MakeDrink() {
		Boil(); 
		Brew();
		PourInCup();
		PutSomething();
	}
};

class Coffee :public AbstractDrinking {
public:
	virtual void Boil() {
		cout << "烧水" << endl;
	}
	virtual void Brew() {
		cout << "泡上咖啡" << endl;
	}
	virtual void PourInCup() {
		cout << "咖啡倒入杯子" << endl;
	}
	virtual void PutSomething() {
		cout << "放入糖和牛奶" << endl;
	}
};

class Tea :public AbstractDrinking {
public:
	virtual void Boil() {
		cout << "烧矿泉水" << endl;
	}
	virtual void Brew() {
		cout << "泡上茶叶" << endl;
	}
	virtual void PourInCup() {
		cout << "茶叶倒入杯子" << endl;
	}
	virtual void PutSomething() {
		cout << "放入柠檬" << endl;
	}
};
void Dowork(AbstractDrinking* Drinking) {
	Drinking->MakeDrink();
	delete Drinking;
}
void test01() {
	Dowork(new Coffee);
	cout << "---------------------" << endl;
	Dowork(new Tea);
}

int main() {
	test01();
	return 0;
}

//该函数接受一个指向AbstractDrinking类型的指针作为参数
//AbstractDrinking是一个抽象类，不能直接实例化
//需要创建子类实例
//Coffee和Tea都是AbstractDrinking的具体实现子类

1.5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
纯析构和纯虚析构共性：
1.可以解决父类指针释放子类对象
2.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);//创建了一个新的堆区，存储m_Name;
	}
	virtual void speak() {
		cout << *m_Name << "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();
	return 0;
}

总结：
1.虚析构或者纯虚析构就是用来解决通过父类指针释放子类对象
若子类中没有堆区数据，可以不写为虚析构或者纯虚析构
拥有纯虚析构函数的类也属于抽象类

1.6 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

/抽象cpu类
class Cpu {
public:
	//抽象的计算函数
	virtual void calculate() = 0;
};
//抽象显卡类
class VideoCard {
public:
	//抽象的显示函数
	virtual void display() = 0;
};
//抽象内存条类
class Memory {
public:
	//抽象的存储函数
	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() {
		//调用接口
		m_cpu->calculate();
		m_vc->display();
		m_mem->storage();
	}
	//析构函数，释放3个电脑零件，记得置空，不然会成为野指针
	~Computer() {
		if (m_cpu != NULL) {
			delete m_cpu;
			m_cpu = NULL;
		}
		if (m_vc != NULL) {
			delete m_vc;
			m_vc = NULL;
		}
		if (m_mem != NULL) {
			delete m_mem;
			m_mem = NULL;
		}
	}
private:
	Cpu* m_cpu;//cpu的零件指针
	VideoCard* m_vc;//显卡零件指针
	Memory* m_mem;//内存条零件指针
};

//具体实现
class IntelCpu :public Cpu
{
public:
	virtual void calculate() {
		cout << "Intel的cpu计算开始" << endl;
	}
};

class IntelVideoCard :public  VideoCard{
public:
	virtual void display() {
		cout << "Intel的显卡开始显示" << endl;
	}
};

class IntelMemory :public Memory {
public:
	virtual void storage() {
		cout << "Intel的内存条开始存储" << endl;
	}
};

class LenovoCpu :public Cpu {
public:
	virtual void calculate() {
		cout << "Lenovo的cpu计算开始" << endl;
	}
};

class LenovoVideoCard :public VideoCard {
public:
	virtual void display() {
		cout << "Lenove的显卡开始显示" << endl;
	}
};

class LenovoMemory :public Memory {
public:
	virtual void storage() {
		cout << "Lenovo的内存条开始存储" << endl;
	}
};

void test01() {
	Cpu* intelcpu = new IntelCpu;
	VideoCard* intelvideocard = new IntelVideoCard;
	Memory* intelmemory = new IntelMemory;
	cout << "第一台电脑开始工作" << endl;
	Computer* computer1 = new Computer(intelcpu, intelvideocard, intelmemory);
	computer1->work();
	delete computer1;

	cout << "----------------------------" << endl;
	Cpu* lenovocpu = new LenovoCpu;
	VideoCard* lenovovideocard = new LenovoVideoCard;
	Memory* lenovomemory = new LenovoMemory;
	cout << "第二台电脑开始工作：" << endl;
	Computer* computer2 = new Computer(lenovocpu, lenovovideocard, lenovomemory);
	computer2->work();
	delete computer2;

}

int main() {
	test01();
	return 0;
}