26C++面向对象编程----7、多态

9.4.7 多态

1、多态的基本概念

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

示例代码：

#include<iostream>
using namespace std;

//多态

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

//小猫类
class Cat : public Animal
{
public:
	//重写父类中的speak
	//重写概念：子类中的  函数返回值类型  函数名  参数列表  要与父类完全相同
	void speak()
	{
		cout << "小猫在说话" << endl;
	}
};

//小狗类
class Dog : public Animal
{
public:
	void speak()
	{
		cout << "小狗在说话" << endl;
	}
};

//执行说话的函数
//地址早绑定		在编译阶段确定函数地址
//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，也就是说地址要晚绑定

//动态多态满足条件
//1、有继承关系
//2、子类重写父类的虚函数

//动态多态使用
//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 test11()
{
	Cat cat;
	doSpeak(cat);
	Dog dog;
	doSpeak(dog);
}

int main()
{
	test11();
	system("pause");
	return 0;
}

运行结果：

**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：子类中的函数返回值类型 函数名 参数列表 完全一致称为重写

多态剖析：

Animal加virtual关键字前：

Animal加virtual关键字后：

Cat重写speak（）之前：

Cat重写speak（）之后：

2、多态案例1-----计算器类

案例描述：分别利用平台写法和多态技术，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

示例代码：

#include<iostream>
using namespace std;

//分别利用普通写法和多态技术实现计算器

//普通写法
class Calculator
{
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;
		}
		//如果想扩展新的功能，需求修改源码
		// 在真实开发中，提倡 开闭原则
		// 开闭原则：对扩展进行开发，对修改进行关闭
		//else if (oper == "/")
		//{
		//	return m_Num1 / m_Num2;
		//}
	}

	int m_Num1;//操作数1
	int m_Num2; //操作数2
};

void test21()
{
	Calculator 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;
	//cout << c.m_Num1 << "/" << c.m_Num2 << " =	 " << c.getResult("/") << endl;

}

//利用多态实现计算器
//多态带来的好处
// 1、组织结构清晰
// 2、可读性强
//  3.对于前期和后期及维护性高 
//实现计算器抽象类
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 MultCalculator : public  AbstractCalculator
{
public:
	int getResult()
	{
		return m_Num1 * m_Num2;
	}
};

void test22()
{
	//动态使用条件
	//父类指针或者引用指向子类对象

	//加法运算
	AbstractCalculator* abc = new  AddCalculator;
	abc->m_Num1 = 10;
	abc->m_Num2 = 10;
	cout << abc->m_Num1 << "+" << abc->m_Num2 << " = " << abc->getResult() << endl;
	//用完后记得销毁堆区的数据
	delete abc;

	//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 MultCalculator;
	abc->m_Num1 = 100;
	abc->m_Num2 = 100;
	cout << abc->m_Num1 << "*" << abc->m_Num2 << " = " << abc->getResult() << endl;
	delete abc;

}

int main()
{
	//test21();
	test22();
	system("pause");
	return 0;
}

运行结果：

**总结：**在开发之前先想想能否使用多态来编写业务架构。

3、纯虚函数和抽象类

在多态中，通常父类中虚函数的实现是毫无意义的，主要都是子类重写的内容

因此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

示例代码：

#include<iostream>
using namespace std;

//纯虚函数和抽象类
class Base
{
public:
	//纯虚函数
	//只要有一个纯虚函数，这个类称为抽象类
	//抽象类特点
	//1、无法实例化对象
	//2、抽象类的子类，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 << "Son-func()调用" << endl;
	};

};

void test31()
{
	//Base bb; //抽象类是无法示例化对象的
	//new Base; //抽象类是无法示例化对象的

	Son s;// 子类必须重写父类中的纯虚函数，否则无法示例化对象
	Base* base = new Son;
	base->func();
}

int main()
{
	test31();
	system("pause");
	return 0;
}

运行结果：

4、多态案例2—制作饮品

案例描述：

制作饮品的大致流程为：煮水 - 冲泡 - 倒入杯中 - 加入普料

利用多态技术实现本案例，提供程序制作饮品基类，提供子类制作咖啡和茶叶。

案例代码：

#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
	virtual void  makeDrink() 
	{
		Boil();
		Brew();
		PourInCup();
		Putsomething();
	}
};

//制作咖啡
class Tea:public AbstractDrinking
{
public:
	//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 << "加入牛奶" << endl;
	}

	制作饮品
	//virtual void  makeDrink()
	//{
	//	Boil();
	//	Brew();
	//	PourInCup();
	//	Putsomething();
	//}
};

//制作咖啡
class Coffee :public AbstractDrinking
{
public:
	//煮水
	virtual void  Boil()
	{
		cout << "煮农夫山泉" << endl;
	}

	//冲泡
	virtual void Brew()
	{
		cout << "冲泡茶叶" << endl;
	}
	//倒入杯中
	virtual void PourInCup()
	{
		cout << "倒入杯中" << endl;
	}

	//加入辅料
	virtual void Putsomething()
	{
		cout << "加入枸杞" << endl;
	}

	制作饮品
	//virtual void  makeDrink()
	//{
	//	Boil();
	//	Brew();
	//	PourInCup();
	//	Putsomething();
	//}
};

void doWork(AbstractDrinking* abc)	//AbstractDrinking* abc = new Coffee
{
	abc->makeDrink();
	delete abc;		//释放开辟在堆区的数据，防止内存泄漏
}

void test41()
{
	//AbstractDrinking* drink = new Coffee;
	//drink->makeDrink();
	//制作咖啡
	doWork(new Coffee);
	cout << "--------------------------------------" << endl;
	//制作茶
	doWork(new Tea);
}

int main()
{
	test41();
	system("pause");
	return 0;
}

运行结果：

5、虚析构和纯析构

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

解决办法：将父类中的析构函数改为虚析构或者纯虚析构

虚析构和纯虚析构共性：

• 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(){}

示例代码：

#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>
//虚析构和纯虚析构

class Animal5
{
public:
	Animal5()
	{
		cout << "Animal构造函数的调用" << endl;
	}
	//纯虚函数
	virtual void speak() = 0;

	//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 ~Animal5()
	//{
	//	cout << "Animal虚析构函数的调用" << endl;
	//}

		//纯虚析构函数需要声明也需要实现
		// 有了纯虚析构  之后 ，这个类也属于抽象类，无法实例化对象
	//纯虚析构函数声明
	virtual ~Animal5() = 0;
};

//纯虚析构函数具体实现
Animal5:: ~Animal5()
{
		cout << "Animal纯虚析构函数的调用" << endl;
}


class Cat5:public Animal5
{
public:
	Cat5(string name)
	{
		cout << "这是Cat的构造函数调用" << endl;

		m_name = new string(name);
	}
	virtual void speak()
	{
		cout <<*m_name<< "小猫在说话" << endl;
	}

	~Cat5()
	{
		if (m_name!=NULL)
		{
			cout << "这是Cat的析构函数调用" << endl;
			delete m_name;
			m_name = NULL;
		}
	}

	string* m_name;
};

void test51()
{
	Animal5* animal = new Cat5("汤姆");
	animal->speak();
	//父类指针在析构时候，不会调用子类析构函数，导致子类如果有堆区属性，出现内存泄漏
	delete animal;

}

int main()
{
	test51();
	system("pause");
	return 0;
}

运行结果：

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，可以不写虚析构或者纯虚析构
3. 拥有纯虚析构函数的类也属于抽象类

6、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）。将每一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，比如Intel厂商和Lenovo厂商。创建电脑类提供让大脑工作的函数，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。

示例代码：

#include<iostream>
using namespace std;


//抽象出不同的零件
//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;
};


//抽象内存类
class Memory
{
public:
	//抽象的存储函数
	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;
		m_vc = vc;
		m_mem = mem;
	}

	//提供工作的函数
	void work()
	{
		//调用接口，让零件工作起来
		m_cpu->calculate();
		m_vc->display();
		m_mem->storage();
	}

	//提高析构函数，是否3个电脑零件
	~Computer()
	{
		cout << "零件释放析构函数调用" << endl;
		//释放CPU
			if (m_cpu != NULL)
			{
					delete m_cpu;
					m_cpu = NULL;
			}

			//释放显卡

			if (m_vc != NULL)
			{
				delete m_vc;
				m_vc = NULL;
			}

			//释放内存条
			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
};

//具体厂商
//Intel厂商
class IntelCPU :public CPU
{
public:
	virtual void calculate()
	{
		cout << "Inter的CPU开始计算了" << endl;
	}
};
class IntelMemory :public Memory
{
public:
	virtual void storage()
	{
		cout << "Inter的Memory开始存储了" << endl;
	}
};

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

//Lenovo厂商
class LenovoCPU :public CPU
{
public:
	virtual void calculate()
	{
		cout << "Lenovo的CPU开始计算了" << endl;
	}
};
class LenovoMemory :public Memory
{
public:
	virtual void storage()
	{
		cout << "Lenovo的Memory开始存储了" << endl;
	}
};

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

void test61()
{
	//第一台电脑零件
	CPU * intelCpu = new IntelCPU;
	VideoCard * intelVideo = new IntelVideoCard;
	Memory * intelMem = new IntelMemory;

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

	cout << "=======================================" << endl;

	//第二台电脑零件
	CPU* LenovoCpu = new LenovoCPU;
	VideoCard* LenovoVideo = new LenovoVideoCard;
	Memory* LenovoMem = new LenovoMemory;
	//创建第二台电脑
	Computer* computer2 = new Computer(LenovoCpu, LenovoVideo, LenovoMem);
	computer2->work();
	delete computer2;
	computer2 = NULL;

	cout << "=======================================" << endl;

	Computer* computer3 = new Computer(new LenovoCPU, new IntelVideoCard, new LenovoMemory);
		computer3->work();
	delete computer3;
}

int main()
{
	test61();
	system("pause");
	return 0;
}

运行结果：