C++ 多態(tài)

多態(tài)按字面的意思就是多種形態(tài)。當(dāng)類之間存在層次結(jié)構(gòu)，并且類之間是通過繼承關(guān)聯(lián)時(shí)，就會(huì)用到多態(tài)。

C++ 多態(tài)意味著調(diào)用成員函數(shù)時(shí)，會(huì)根據(jù)調(diào)用函數(shù)的對(duì)象的類型來(lái)執(zhí)行不同的函數(shù)。

下面的實(shí)例中，基類 Shape 被派生為兩個(gè)類，如下所示：

#include <iostream> 
using namespace std;
 
class Shape {
   protected:
      int width, height;
   public:
      Shape( int a=0, int b=0)
      {
         width = a;
         height = b;
      }
      int area()
      {
         cout << "Parent class area :" <<endl;
         return 0;
      }
};
class Rectangle: public Shape{
   public:
      Rectangle( int a=0, int b=0):Shape(a, b) { }
      int area ()
      { 
         cout << "Rectangle class area :" <<endl;
         return (width * height); 
      }
};
class Triangle: public Shape{
   public:
      Triangle( int a=0, int b=0):Shape(a, b) { }
      int area ()
      { 
         cout << "Triangle class area :" <<endl;
         return (width * height / 2); 
      }
};
// 程序的主函數(shù)
int main( )
{
   Shape *shape;
   Rectangle rec(10,7);
   Triangle  tri(10,5);

   // 存儲(chǔ)矩形的地址
   shape = &rec;
   // 調(diào)用矩形的求面積函數(shù) area
   shape->area();

   // 存儲(chǔ)三角形的地址
   shape = &tri;
   // 調(diào)用三角形的求面積函數(shù) area
   shape->area();
   
   return 0;
}

當(dāng)上面的代碼被編譯和執(zhí)行時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生下列結(jié)果：

Parent class area
Parent class area

導(dǎo)致錯(cuò)誤輸出的原因是，調(diào)用函數(shù) area() 被編譯器設(shè)置為基類中的版本，這就是所謂的靜態(tài)多態(tài)，或靜態(tài)鏈接 - 函數(shù)調(diào)用在程序執(zhí)行前就準(zhǔn)備好了。有時(shí)候這也被稱為早綁定，因?yàn)?area() 函數(shù)在程序編譯期間就已經(jīng)設(shè)置好了。

但現(xiàn)在，讓我們對(duì)程序稍作修改，在 Shape 類中，area() 的聲明前放置關(guān)鍵字 virtual，如下所示：

class Shape {
   protected:
      int width, height;
   public:
      Shape( int a=0, int b=0)
      {
         width = a;
         height = b;
      }
      virtual int area()
      {
         cout << "Parent class area :" <<endl;
         return 0;
      }
};

修改后，當(dāng)編譯和執(zhí)行前面的實(shí)例代碼時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生以下結(jié)果：

Rectangle class area
Triangle class area

此時(shí)，編譯器看的是指針的內(nèi)容，而不是它的類型。因此，由于 tri 和 rec 類的對(duì)象的地址存儲(chǔ)在 *shape 中，所以會(huì)調(diào)用各自的 area() 函數(shù)。

正如您所看到的，每個(gè)子類都有一個(gè)函數(shù) area() 的獨(dú)立實(shí)現(xiàn)。這就是多態(tài)的一般使用方式。有了多態(tài)，您可以有多個(gè)不同的類，都帶有同一個(gè)名稱但具有不同實(shí)現(xiàn)的函數(shù)，函數(shù)的參數(shù)甚至可以是相同的。

虛函數(shù)

虛函數(shù) 是在基類中使用關(guān)鍵字 virtual 聲明的函數(shù)。在派生類中重新定義基類中定義的虛函數(shù)時(shí)，會(huì)告訴編譯器不要靜態(tài)鏈接到該函數(shù)。

我們想要的是在程序中任意點(diǎn)可以根據(jù)所調(diào)用的對(duì)象類型來(lái)選擇調(diào)用的函數(shù)，這種操作被稱為動(dòng)態(tài)鏈接，或后期綁定。

純虛函數(shù)

您可能想要在基類中定義虛函數(shù)，以便在派生類中重新定義該函數(shù)更好地適用于對(duì)象，但是您在基類中又不能對(duì)虛函數(shù)給出有意義的實(shí)現(xiàn)，這個(gè)時(shí)候就會(huì)用到純虛函數(shù)。

我們可以把基類中的虛函數(shù) area() 改寫如下：

class Shape {
   protected:
      int width, height;
   public:
      Shape( int a=0, int b=0)
      {
         width = a;
         height = b;
      }
      // pure virtual function
      virtual int area() = 0;
};

= 0 告訴編譯器，函數(shù)沒有主體，上面的虛函數(shù)是純虛函數(shù)。