C++: 多态

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
下面通过案例进行讲解多态： 
//多态//动物类class Animal
{
public://函数前面加上virtual关键字，变成虚函数，那么编译器在编译的时候就不能确定函数调用了。virtual void speak(){cout << "动物在说话" << endl;}
};//猫类
class Cat :public Animal
{
public://重写，函数返回值类型  函数名  参数列表  完全相同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
//地址早绑定 编译阶段就能确定函数地址
//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，地址晚绑定//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 test01()
{Cat cat;doSpeak(cat);Dog dog;doSpeak(dog);
}int main() 
{test01();system("pause");return 0;
}

总结：
多态满足条件：
1  有继承关系
2  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：函数返回值类型 函数名 参数列表 完全一致称为重写

多态的原理刨析：

不加virtual关键字：

加virtual关键字：

为什么加上 virtual关键字之后会变成四个字节？     （指针）vfptr

写了一个虚函数，类的内部结构发生改变，多了一个指针（虚函数表指针），指向虚函数表，虚函数表的内部写的是虚函数的函数入口地址，当子类重写了虚函数，会把自身的虚函数表中的函数替换掉，替换成子类的虚函数，当用父类的引用去指向子类对象的时候，会从子类对象找函数接口入口地址。

两个类的内部结构如图如下： 

验证：

不加virtual关键字：

加virtual关键字：

当子类没有发生重写的时候：

 当子类发生重写的时候：

多态案例

多态案例一 计算器类

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 
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;//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//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;}//如果要提供新的运算，需要修改源码//在真是开发中 提倡 开闭原则//开闭原则:对扩展进行开发，对修改进行关闭}int m_Num1;int m_Num2;
};void test01()
{//创建计算器的对象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;
}//多态实现
// 多态优点：
// 1、代码组织结构清晰，
// 2、可读性强，
// 3、利于前期和后期的扩展以及维护
//实现抽象计算器类class AbstractCalculator
{
public:virtual int getResult(){return 0;}int m_Num1;int m_Num2;
};//加法计算器
class AddCalculator :public AbstractCalculator
{
public:int getResult(){return m_Num1 + m_Num2;;}
};//减法计算器
class SubCalculator :public AbstractCalculator
{
public:int getResult(){return m_Num1 - m_Num2;}
};//乘法计算器
class MulCalculator :public AbstractCalculator
{
public:int getResult(){return m_Num1 * m_Num2;}
};void test02()
{//多态使用条件//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 = 100;abc->m_Num2 = 100;cout << abc->m_Num1 << "+" << abc->m_Num2 << "=" << abc->getResult() << endl;delete abc; //用完了记得销毁//创建减法计算器abc = new SubCalculator;abc->m_Num1 = 100;abc->m_Num2 = 100;cout << abc->m_Num1 << " - " << abc->m_Num2 << " = " << abc -> getResult() << endl;delete abc;//创建乘法计算器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 0;
}

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，主要都是调用子类重写的内容
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 ：
1 无法实例化对象
2 子类必须重写抽象类中的纯虚函数，否则也属于抽象类
示例如下： 

class Base
{
public://纯虚函数//类中只要有一个纯虚函数就称为抽象类//1 抽象类无法实例化对象//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 << "func函数的调用" << endl;};
};void test01()
{/*Base b;     //错误，抽象类无法实例化对象new Base;*/   //错误，抽象类无法实例化对象Son s;        //子类必须重写父类中的纯虚函数，否则无法实例化对象Base* base = new Son;   //父类的指针或者引用指向子类对象base->func();
}int main() 
{test01();system("pause");return 0;
}

多态案例二-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 
//抽象制作饮品
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;//规定流程（制作流程）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 << "冲泡咖啡!" << endl;}//倒入杯中virtual void PourInCup(){cout << "将咖啡倒入杯中!" << endl;}//加入辅料virtual void PutSomething(){cout << "加入糖和牛奶!" << endl;}
};//制作茶叶
class Tea :public AbstractDrinking
{
public://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 << "将茶叶倒入杯中!" << endl;}//加入辅料virtual void PutSomething(){cout << "加入枸杞!" << endl;}
};//业务函数
void doWork(AbstractDrinking* abs) 
{abs->makeDrink();delete abs;        //释放
}void test01()
{doWork(new Coffee);cout << "--------------" << endl;doWork(new Tea);
}int main()
{test01();system("pause");return 0;
}

虚析构和纯虚析构：

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
解决方式：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： 
#include <iostream>
using namespace std;
#include <string>
//虚析构和纯虚析构class Animal
{
public:Animal(){cout << "Animal 构造函数调用！" << endl;}//析构函数加上virtual关键字，变成虚析构函数//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 析构函数调用！" << endl;}*///纯虚析构 需要声明也需要实现//和包含普通纯虚函数的类一样，包含了纯虚析构函数的类也是一个抽象类。不能够被实例化。virtual ~Animal() = 0;//纯虚函数virtual void speak() = 0;
};Animal:: ~Animal()
{cout << "Animal 纯虚析构函数调用！" << endl;
}class Cat :public Animal
{
public:Cat(string name)                    {cout << "Cat构造函数调用！" << endl;m_Name = new string(name);      //堆区}virtual void speak(){cout << *m_Name << "小猫在说话!" << endl;}~Cat(){cout << "Cat析构函数调用!" << endl;if (this->m_Name != NULL) {delete m_Name;m_Name = NULL;}}string* m_Name;};void test01()
{Animal* animal = new Cat("Tom");animal->speak();
//父类指针在析构时候 不会调用子类中析构函数，导致子类如果有堆区属性，出现内存泄漏//通过父类指针去释放，会导致子类对象可能清理不干净，造成内存泄漏
//怎么解决？给基类增加一个虚析构函数
//虚析构函数就是用来解决通过父类指针释放子类对象delete animal;
}int main() 
{test01();system("pause");return 0;
}

多态案例三-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 
//多态案例三 - 电脑组装//抽象CPU类
class CPU {
public://抽象的计算函数virtual void calculate() = 0;   //纯虚函数
};//抽象显卡类
class VideoCard
{
public://抽象的显示函数virtual void display() = 0;
};//抽象内存条类
class Memory
{
public://抽象的存储函数virtual void storage() = 0;
};//电脑类
class Computer
{
public: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(){//让零件工作起来，调用接口m_cpu->calculate();m_vc->display();m_mem->storage();}//提供析构函数 释放3个电脑零件~Computer(){//释放CPU零件if (m_cpu != NULL){delete m_cpu;m_cpu = NULL;}//释放显卡零件if (m_vc != NULL){delete m_vc;m_vc = NULL;}//释放内存条零件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 InterCPU :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的显卡开始显示了！" << endl;}
};class IntelMemory :public Memory
{
public:virtual void storage(){cout << "Intel的内存条开始存储了！" << 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的显卡开始显示了！" << endl;}
};
class LenovoMemory :public Memory
{
public:virtual void storage(){cout << "Lenovo的内存条开始存储了！" << endl;}
};void test01()
{//第一台电脑零件CPU* intelCpu = new InterCPU;VideoCard* intelCard = new IntelVideoCard;Memory* intelMem = new IntelMemory;cout << "第一台电脑开始工作：" << endl;//创建第一台电脑Computer* computer1 = new Computer(intelCpu, intelCard, intelMem);computer1->work();delete computer1;cout << "-----------------------" << endl;cout << "第二台电脑开始工作：" << endl;//第二台电脑组装Computer* computer2 = new Computer(new LenovoCPU, new LenovoVideoCard, new LenovoMemory);;computer2->work();delete computer2;cout << "-----------------------" << endl;cout << "第三台电脑开始工作：" << endl;//第三台电脑组装Computer* computer3 = new Computer(new LenovoCPU, new IntelVideoCard, new LenovoMemory);;computer3->work();delete computer3;
}

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