C++入门教程 06

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六、多态性 1. 多态性概述

多态性是面向对象程序设计的重要特性之一，从字面意思上可以简单理解就是：多种形态，多个样子。其实本质意思也是这样，在面向对象程序设计中，指同样的方法被不同对象执行时会有不同的执行效果。

具体来说，多态的实现又可以分为两种：编译时的多态和运行时的多态。前者是编译的时候就确定了具体的操作过程。后者呢是在程序运行过程中才确定的操作过程。这种确定操作过程的就是联编，也称为绑定。

联编在编译和连接时确认的，叫做静态联编，前面我们学习的函数重载、函数模板的实例化就属于这一类。

另一种是在运行的时候，才能确认执行哪段代码的，叫做动态联编，这种情况是编译的时候，还无法确认具体走哪段代码，而是程序运行起来之后才能确认。

两者相比之下，静态联编由于编译时候就已经确定好怎么执行，因此执行起来效率高；而动态联编想必虽然慢一些，但优点是灵活。

两者各有千秋，有各自不同的使用场景。

下面，围绕静态联编，举个例子：

#include 
using namespace std;
#define PI 3.1415926

class Point
{
private:
    int x,y;

public:
    Point(int x=0,int y=0)
    {
        this->x = x;
        this->y = y;
    }
    double area()
    {
        return 0.0;
    }
};
class Circle:public Point
{
private:
    int r;
public:
    Circle(int x,int y,int R):Point(x,y)
    {
        r = R;
    }
    double area()
    {
        return PI*r*r;
    }
};
  
int main()
{
  
    Point A(10,10);
    cout<area()< 
输出结果： 
来分析四个输出： 
第一个cout输出A的面积，是Point类中的area方法，面积为0，没有问题。
第二个cout输出B的面积，很明显是派生类Circle的area方法，面积自然按公式计算得出1256.64的值，也没问题。
第三个cout输出的是Point类型指针p指向的Circle类对象的area方法，它输出了0很明显是执行了Point类里的area方法。这里C++实行的是静态联编，即在编译的时候就依据p的类型来定执行哪个area，因此是0
第四种cout也同理，把Circle类型的对象赋给Point类型的引用，C++同样实行静态联编，也输出0 
很明显，这不是我们期望的结果，实际上，对于指针、引用，我们更希望执行实际对象的方法，而不是因为这个指针、引用的类型而盲目的确定。这就是如果这么写存在的问题。 
如果想达到我们的要求，即无论指针和引用是什么类型，都以实际所指向的对象为依据灵活决定。那么就要更改这种默认的静态联编的方法，采用动态联编，即在运行的时候灵活决定。 
来看下一节。 
2. 虚函数 
虚函数（virtual function），这是一种什么函数呢？ 简单讲，就是一个函数前面用virtual声明的函数，一般形式如下： 
virtual 函数返回值  函数名（形参）{
    函数体
}
 
虚函数的出现，允许函数在调用时与函数体的联系在运行的时候才建立，即所谓的动态联编。那么在虚函数的派生类的运行时候，就可以在运行的时候根据动态联编实现都是执行一个方法，却出现不同结果的效果，就是所谓的多态。这样解决上一节的问题就有了办法。 
接下来，我们只需要把基类中的area方法声明为虚函数，那么主函数中无论Point类型的指针还是引用就都可以大胆调用，无用关心类型问题了。因为他们会依据实际指向的对象类型来决定调用谁的方法，来实现动态联编。 
#include 
using namespace std;
#define PI 3.1415926

class Point
{
private:
    int x,y;

public:
    Point(int x=0,int y=0)
    {
        this->x = x;
        this->y = y;
    }
    virtual double area()
    {
        return 0.0;
    }
};
class Circle:public Point
{
private:
    int r;
public:
    Circle(int x,int y,int R):Point(x,y)
    {
        r = R;
    }
    double area()
    {
        return PI*r*r;
    }
};
  
int main()
{
  
    Point A(10,10);
    cout<area()< 
输出结果： 
注意： 
虚函数不能是静态成员函数，或友元函数，因为它们不属于某个对象。
内联函数不能在运行中动态确定其位置，即使虚函数在类的内部定义，编译时，仍将看作非内联
构造函数不能是虚函数，析构函数可以是虚函数，而且通常声明为虚函数。 
3. 虚析构函数 
在C++中，不能把构造函数定义为虚构造函数，因为在实例化一个对象时才会调用构造函数，且虚函数的实现，其实本质是通过一个虚函数表指针来调用的，还没有对象更没有内存空间当然无法调用了，故没有实例化一个对象之前的虚构造函数没有意义也不能实现。 
但析构函数却是可以为虚函数的，且大多时候都声明为虚析构函数。这样就可以在用基类的指针指向派生类的对象在释放时，可以根据实际所指向的对象类型动态联编调用子类的析构函数，实现正确的对象内存释放。 
#include 
using namespace std;
class Point
{
private:
    int x,y;
    int *str;
  
public:
    Point(int x=0,int y=0)
    {
        this->x = x;
        this->y = y;
        str = new int[100];
    }
    ~Point()
    {
        delete []str;
        cout<<"Called Point's Destructor and Deleted str!"< 
输出结果： 
可以清楚的看到，仅仅调用了基类的析构函数，这样一来派生类中new出来的4*100字节的内存就会残留，造成内存泄漏！ 
而如果把基类中析构函数声明为virtual，则结果大有不同！这个时候多态效应出现，会先调用释放派生类的空间，然后再释放基类的内存空间，完美结束： 
#include 
using namespace std;
class Point
{
private:
    int x,y;
    int *str;
  
public:
    Point(int x=0,int y=0)
    {
        this->x = x;
        this->y = y;
        str = new int[100];
    }
    virtual ~Point()    // 注意这一行
    {
        delete []str;
        cout<<"Called Point's Destructor and Deleted str!"< 
输出结果： 
以上，这就是虚析构函数带来的好处。 
4. 纯虚函数与抽象类 
纯虚函数，就是没有函数体的虚函数。 
就是这样定义的函数： 
virtual 返回值  函数名（形参）=0;
 
可以看到，前面virtual与虚函数定义一样，后面加了一个=0。表示没有函数体，这就是一个纯虚函数。包含纯虚函数的类就是抽象类，一个抽象类至少有一个纯虚函数。 
抽象类的存在是为了提供一个高度抽象、对外统一的接口，然后通过多态的特性使用各自的不同方法，是C++面向对象设计以及软件工程的核心思想之一。 
抽象类的特点总结如下： 
抽象类无法实例出一个对象来，只能作为基类让派生类完善其中的纯虚函数，然后再实例化使用。
抽象类的派生来依然可以不完善基类中的纯虚函数，继续作为抽象类被派生。直到给出所有纯虚函数的定义，则成为一个具体类，才可以实例化对象。
抽象类因为抽象、无法具化，所以不能作为参数类型、返回值、强转类型
接着第三条，但抽象类可以定义一个指针、引用类型，指向其派生类，来实现多态特性。 
 
虚函数是C++中很重要的一部分内容，一定要深入理解！

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