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C++多态的基本概念和实现

时间:2023-07-08 11:56:36  来源:微信公众号  作者:鲨鱼编程

引言:

在C++中,多态是一项非常重要的概念。它允许我们在不知道对象具体类型的情况下,调用其方法。本文将深入探讨C++中多态的基本概念,包括多态的定义、多态的实现方式、多态的优点以及多态的应用场景。

图片

一、多态的定义
多态是指同一操作作用于不同的对象,可以有不同的解释,产生不同的执行结果。简单来说,也就是同一个方法或者同一个操作,对于不同的对象会产生不同的行为。
在C++中,多态是通过虚函数(Virtual Function)来实现的。虚函数是指在父类中声明的函数,在子类中可以被重写(Override),并且在运行时动态绑定(Dynamic Binding)。
例如,在一个图形类中,可以定义一个绘制方法,但是不同的图形对象(如矩形、圆形、椭圆)的绘制方法是不一样的。这时候,我们就可以使用多态来实现这种场景。
二、多态的实现方式
在C++中,多态的实现方式主要有两种:虚函数和纯虚函数。
1.虚函数实现多态
虚函数是C++中用于实现多态的重要机制。在父类中声明一个虚函数,然后在子类中重写这个函数,从而实现多态。
下面的代码演示了如何使用虚函数实现多态:
#include <IOStream>
using namespace std;

class Shape {
public:
    virtual void draw() {
        cout << "Drawing a shape" << endl;
    }
};

class Rectangle : public Shape {
public:
    void draw() {
        cout << "Drawing a rectangle" << endl;
    }
};

class Circle : public Shape {
public:
    void draw() {
        cout << "Drawing a circle" << endl;
    }
};

class Ellipse : public Shape {
public:
    void draw() {
        cout << "Drawing an ellipse" << endl;
    }
};

int mAIn() {
    Shape* shapes[3];
    shapes[0] = new Rectangle();
    shapes[1] = new Circle();
    shapes[2] = new Ellipse();
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        shapes[i]->draw();
    }
    return 0;

 
上面的代码中,我们定义了一个Shape类,它有一个draw虚函数。然后我们定义了三个子类Rectangle、Circle和Ellipse,它们都继承自Shape类,并且重写了draw虚函数。最后,我们创建了一个shapes数组,其中包含了三个不同的图形对象,然后使用循环遍历数组,并调用每个对象的draw虚函数,从而实现了多态。
2.纯虚函数实现多态
纯虚函数是指在父类中声明的虚函数,但是没有具体的实现,需要在子类中实现。在C++中,我们可以使用纯虚函数来定义一个抽象类(Abstract Class),即只有接口没有具体实现的类。
下面的代码演示了如何使用纯虚函数实现多态:
#include <iostream>
using namespace std;

class Shape {
public:
    virtual void draw() = 0;
};

class Rectangle : public Shape {
public:
    void draw() {
        cout << "Drawing a rectangle" << endl;
    }
};

class Circle : public Shape {
public:
    void draw() {
        cout << "Drawing a circle" << endl;
    }
};

class Ellipse : public Shape {
public:
    void draw() {
        cout << "Drawing an ellipse" << endl;
    }
};

int main() {
    Shape* shapes[3];
    shapes[0] = new Rectangle();
    shapes[1] = new Circle();
    shapes[2] = new Ellipse();
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        shapes[i]->draw();
    }
    return 0;
}

 
上面的代码中,我们将Shape类中的draw函数变成了纯虚函数,即在函数声明后添加“= 0”来定义。这样,我们就不能直接创建Shape对象,而只能创建继承自Shape的子类对象。在子类中,我们需要实现draw函数,才能使用子类对象调用draw函数。通过这种方式,我们可以实现抽象类和多态。
三、多态的优点
多态有以下几个优点:
1.代码重用:多态允许我们在不改变父类代码的情况下,对子类进行扩展和重写,从而实现代码重用。
2.可扩展性:通过继承和多态,我们可以很方便地添加新的子类,从而实现程序的可扩展性。
3.可维护性:通过多态,我们可以将父类的代码和子类的代码分离,从而使程序变得更加容易维护。
4.灵活性:多态允许我们在运行时动态绑定函数,从而实现更加灵活的程序设计
四、多态的应用场景
多态在实际程序设计中有很多应用场景,下面列举了一些常见的应用场景:
1.工厂模式:工厂模式是一种常见的设计模式,它使用多态来创建对象,从而实现代码的灵活性和可扩展性。
2.图形界面:在图形界面设计中,多态常常被用来处理不同的事件。
3.游戏开发:在游戏开发中,多态常常被用来处理不同的游戏角色和游戏事件。
4.插件系统:在插件系统中,多态常常被用来实现不同的插件接口。
总结:
本文深入探讨了C++中多态的基本概念,包括多态的定义、多态的实现方式、多态的优点以及多态的应用场景。通过学习本文,读者可以更加深入地理解C++中多态的概念和实现方式,从而在实际程序设计中更加灵活地运用多态。


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