c++学习——多态

多态

- **多态的语法**
- **多态的底层原理图**
- **多态案1——计算机类**
- **纯虚函数和抽象类**
- **多态案例2——饮品**
- **虚析构和纯虚析构**
- **多态案例3—— 电脑组装**

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
C++中的多态性通常通过虚函数来实现。虚函数是在基类中声明的，派生类可以重写该函数并提供自己的实现。当通过基类指针或引用调用虚函数时，实际调用的是派生类的实现。这种机制允许在运行时动态地确定要调用哪个函数，从而实现多态性。如果没有虚函数，就无法实现多态性。

多态的语法

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <iostream>
using namespace std;
//多态

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

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

//狗类
class Dog :public Animal
{
public:
	void speak()
	{
		cout << "小狗在说话" << endl;
	}
};
//执行说话的函数
//c++中父类的引用能够直接指向子类对象
//地址早绑定  在编译阶段确定了函数地址
//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  

//动态多态的满足条件
//1、有继承关系
//2、子类要重写父类的虚函数  

//重载和重写的区别
//1、重载：函数的名字相同，参数不同
//2、重写：函数的返回值类型，函数名要相同，参数列表要完全相同

//动态多态的使用
//父类的指针或者引用 指向子类对象
void doSpeak(Animal &animal)//Animal &animal=cat
{
	animal.speak();
}

void test01()
{
	Cat cat;
	doSpeak(cat);

	Dog dog;
	doSpeak(dog);
}

int main()
{
	test01();
	system("pause");
	return EXIT_SUCCESS;
}

在这里插入图片描述

多态的底层原理图

动态的多态

在这里插入图片描述
子类不重写的结构原理图

静态成员函数和非静态成员函数都是存放在代码区的。
是类可以直接调用静态成员函数。不可以直接调用非静态成员函数
因此这里的Size（1）

子类重写后的结构原理图
在这里插入图片描述

多态案1——计算机类

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

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

//分别利用普通写法和多态技术实现计算机类

//普通写法
class Calculator
{
public:
	int getResulr(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;
		}
		//如果想要拓展新的功能，需要修改源码
		//在真实的开发中，开闭原则
		//开闭原则:对扩展进行开放，对修改进行关闭
	}
	int m_Num1;
	int m_Num2;
};

void test01()
{
	//创建计算机对象
	Calculator c;
	c.m_Num1 = 10;
	c.m_Num2 = 10;
	//cout << c.getResulr("+") << endl;
	cout << c.m_Num1 << " + " << c.m_Num2 << " = " <<c.getResulr("+")<< endl;
	cout << c.m_Num1 << " - " << c.m_Num2 << " = " << c.getResulr("-") << endl;
	cout << c.m_Num1 << " * " << c.m_Num2 << " = " << c.getResulr("*") << endl;
}

//利用多态来实现计算器
//多态的好处：
//1、组织结构清晰
//2、可读性强
//3、对于前期和后期的拓展和维护性高
//实现计算机抽象类
class AbstractCalculator
{
public:
	virtual int getResult()
	{
		return 0;
	}

	int m_Num1;
	int m_Num2;
};

//加法计算器类
class AddCalculator :public AbstractCalculator
{
public:
	int getResult()
	{
		return m_Num1 + m_Num2;
	}
};

//减法计算器类
class SubCalculator :public AbstractCalculator
{
public:
	int getResult()
	{
		return m_Num1 - m_Num2;
	}
};

//乘法计算器类
class MulCalculator :public AbstractCalculator
{
public:
	int getResult()
	{
		return m_Num1 * m_Num2;
	}
};

void test02()
{
	//多态的使用条件 这里用的是指针
	AbstractCalculator *abc = new AbstractCalculator;
	abc->m_Num1 = 10;
	abc->m_Num2 = 10;
	cout << abc->m_Num1 << "+" << abc->m_Num2 << "=" << abc->getResult() << endl;
	//用完后销毁数据
	delete abc;//释放的是堆区的数据  但指针的类型没有变化

	//减法运算
	abc = new SubCalculator;
	abc->m_Num1 = 100;
	abc->m_Num2 = 100;
	cout << abc->m_Num1 << "-" << abc->m_Num2 << "=" << abc->getResult() << endl;
	delete abc;

	//乘法运算
	abc = new MulCalculator;
	abc->m_Num1 = 100;
	abc->m_Num2 = 100;
	cout << abc->m_Num1 << "*" << abc->m_Num2 << "=" << abc->getResult() << endl;
	delete abc;
}

int main()
{
	//test01();
	test02();
	system("pause");
	return EXIT_SUCCESS;
}

纯虚函数和抽象类

在这里插入图片描述

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <iostream>
using namespace std;

//纯虚函数和抽象类
//只要有一个纯虚函数，这个类称为抽象类
class Base
{
public:
	virtual void func() = 0;
};

class Son :public Base
{
public:
	//子类必须重写父类中的纯虚函数，否则无法实例化
	//virtual void func() = 0;
};

void test01()
{
	//1、无法实例化对象
	//Base b;   err
	//new Base;   err

	//2、子类中没有重写父类中的纯虚函数
	//Son s;      err
}

int main()
{
	//test01();
	system("pause");
	return EXIT_SUCCESS;
}

多态案例2——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

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <iostream>
using namespace std;

//多态案例2  制作饮品
class AbstractDrinking
{
public:
	//煮水
	virtual void Boil() = 0;
	//冲泡
	virtual void Brew() = 0;
	//倒入杯中
	virtual void PourInCup() = 0;
	//加入辅料
	virtual void PutSomething() = 0;
	//制作饮品
	void makeDrink()
	{
		Boil();
		Brew();
		PourInCup();
		PutSomething();
	}
};

//制作咖啡
class Coffee :public AbstractDrinking
{
	//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 PourInCup()
	{
		cout << "倒入杯中" << endl;
	}
	//加入辅料
	virtual void PutSomething()
	{
		cout << "加入精液" << endl;
	}
};

//制作茶叶
class Tea :public AbstractDrinking
{
	//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 PourInCup()
	{
		cout << "倒入玻璃杯" << endl;
	}
	//加入辅料
	virtual void PutSomething()
	{
		cout << "加入尿液" << endl;
	}
};

//制作函数
void doWork(AbstractDrinking * abs)
{
	abs->makeDrink();
	delete abs;
}

int main()
{
	//制作咖啡
	doWork(new Coffee);
	cout << "----------------------------" << endl;;
	//制作茶叶
	doWork(new Tea);
	system("pause");
	return EXIT_SUCCESS;
}

在这里插入图片描述

虚析构和纯虚析构

这个案例是在子类中有属性开辟到了堆区，因此走子类中的析构代码，如果是多态是走不到的，因此需要加入虚析构或者是纯虚析构，而纯虚析构要有具体的函数实现，不然不能示例化对象，而虚析构是可以实例化对象的，

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

//虚析构和纯虚析构

class Animal
{
public:
	Animal()
	{
		cout << "Animal的构造函数调用" << endl;
	}

	//虚析构
	//利用虚析构可以解决  父类指针释放子类对象时不干净的问题
	//virtual ~Animal()
	//{
	//	cout << "Animal的析构函数调用" << endl;
	//}

	//纯虚析构也能解决问题
	//无法解析的外部命令是在链接阶段出现的问题
	//纯虚析构需要有声明也需要实现
	//有了纯虚析构之后，这个类也属于抽象类，无法实例化对象
	virtual ~Animal() = 0;

	//纯虚函数
	virtual void speak() = 0;
};

//纯虚析构的代码实现
Animal::~Animal()
{
	cout << "纯虚析构函数调用" << endl;
}

//猫类
class Cat :public Animal
{
public:
	Cat(string name)
	{
		cout << "Cat调用了构造函数" << endl;
		m_Name = new string(name);
	}

	~Cat()
	{
		if (m_Name != NULL)
		{
			cout << "Cat的析构函数调用" << endl;
			delete m_Name;
			m_Name = NULL;
		}
	}

	virtual void speak()
	{
		cout << *m_Name << "小猫在说话" << endl;
	}

	string  *m_Name;
};

void test01()
{
	//这里是用父类的指针指向子类对象
	//父类的指针在析构时候，不会调用子类中的析构函数 
	//导致了子类中如果又堆区的属性  会出现内存泄露的情况
	//因此引入了虚析构
	Animal * animal = new Cat("Tom");
	animal->speak();
	delete animal;
}

int main()
{
	test01();
	system("pause");
	return EXIT_SUCCESS;
}

在这里插入图片描述
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3—— 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;
#include<string>

//抽象不同零件类
//抽象计算函数
class CPU
{
public:
	virtual void calculate() = 0;
};
//抽象显示函数
class VideoCard
{
public:
	virtual void display() = 0;
};
//抽象存储函数
class Memory
{
public:
	virtual void storage() = 0;
};

//电脑类
class Computer
{
public:
	//构造函数中传入三个零件指针
	Computer(CPU * cpu, VideoCard * vc, Memory * mem)
	{
		m_cpu = cpu;//指针接收
		m_vc = vc;
		m_mem = mem;
	}
	//提供工作的函数
	void work()
	{
		//调用每个零件工作的接口
		m_cpu->calculate();
		m_vc->display();
		m_mem->storage();
	}

	//提供析构函数，释放 3个电脑零件
	~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;//内存零件指针

};

//具体厂商
//Intel厂商
class IntelCpu :public CPU
{
public:
	virtual void calculate()
	{
		cout << "Intel的CPU开始计算了！" << endl;
	}
};

class IntelVideoCard :public VideoCard
{
public:
	virtual void display()
	{
		cout << "Intel的VideoCard开始显示了！" << endl;
	}
};

class IntelMemory :public Memory
{
public:
	virtual void storage()
	{
		cout << "Intel的Memory开始存储了！" << endl;
	}
};

//Lenovo厂商
class LenovoCpu :public CPU
{
public:
	virtual void calculate()
	{
		cout << "Lenovo的CPU开始计算了！" << endl;
	}
};

class LenovoVideoCard :public VideoCard
{
public:
	virtual void display()
	{
		cout << "Lenovo的VideoCard开始显示了！" << endl;
	}
};

class LenovoMemory :public Memory
{
public:
	virtual void storage()
	{
		cout << "Lenovo的Memory开始存储了！" << endl;
	}
};

void test01()
{
	//第一台电脑
	CPU * intelCpu = new IntelCpu;//父类指向子类对象，//需释放
	VideoCard * intelVCard = new IntelVideoCard;//需释放
	Memory * intelMem = new IntelMemory;//需释放，
	//1.直接delete 在 delete computer1; 后
	//2.提供析构函数在 class Computer  中


	//创建第一台电脑
	Computer * computer1 = new Computer(intelCpu, intelVCard, intelMem);//需释放
	computer1->work();
	delete computer1;


	cout << "-----------------------------" << endl;
	cout << "第二台电脑开始工作" << endl;
	//创建第二台电脑
	Computer * computer2 = new Computer(new LenovoCpu, new LenovoVideoCard, new LenovoMemory);//需释放
	computer2->work();
	delete computer2;

	cout << "-----------------------------" << endl;
	cout << "第三台电脑开始工作" << endl;
	//创建第三台电脑
	Computer * computer3 = new Computer(new LenovoCpu, new IntelVideoCard, new LenovoMemory);//需释放
	computer3->work();
	delete computer3;
}

int main()
{
	test01();

	system("pause");
	return 0;
}