C++ 多态学习笔记

多态是C++中面向对象编程中的重要概念之一。它允许我们使用基类类型的指针或引用调用派生类对象的方法，从而实现了同一接口的不同实现。

多态的实现方式

虚函数

在C++中，多态最常见的实现方式就是通过虚函数来实现。虚函数是在基类中声明的函数，在派生类中可以进行重写，从而实现不同的行为。当我们使用基类指针或引用调用派生类对象的虚函数时，会根据实际对象的类型调用对应的函数。

c++Copy Code
class Shape {
public:
    virtual void draw() {
        std::cout << "Drawing a shape\n";
    }
};

class Circle : public Shape {
public:
    void draw() override {
        std::cout << "Drawing a circle\n";
    }
};

class Square : public Shape {
public:
    void draw() override {
        std::cout << "Drawing a square\n";
    }
};

int main() {
    std::vector<Shape*> shapes;
    shapes.push_back(new Circle());
    shapes.push_back(new Square());

    for (auto shape : shapes) {
        shape->draw();
    }

    return 0;
}

上面的代码定义了一个基类Shape和两个派生类Circle和Square，它们都重写了基类中的虚函数draw。接下来我们创建了两个不同的对象，并将它们存储在一个基类指针数组中。在循环中，我们通过基类指针调用每个对象的虚函数draw，这时会根据实际对象的类型，调用对应的函数。

纯虚函数

有时候，我们需要在基类中声明虚函数，但是希望派生类必须对其进行实现。这时就可以使用纯虚函数来实现。纯虚函数是在基类中声明的虚函数，但是没有实现，需要在派生类中进行实现。如果一个类中拥有纯虚函数，则该类称为抽象类，不能进行实例化。

c++Copy Code
class Shape {
public:
    virtual void draw() = 0;
};

class Circle : public Shape {
public:
    void draw() override {
        std::cout << "Drawing a circle\n";
    }
};

int main() {
    // Shape shape;  // 错误，无法实例化抽象类
    Circle circle;
    circle.draw();

    return 0;
}

上面的代码定义了一个抽象类Shape和一个派生类Circle，它们都实现了虚函数draw。由于Shape中的draw是纯虚函数，所以无法进行实例化。而Circle中的draw重写了Shape中的draw，使得Circle可以进行实例化并调用draw函数。

多态的使用场景

多态能够提高代码的可扩展性和可维护性，使得代码更加灵活，更容易适应变化。常见的使用场景包括但不限于：

• 实现类似于插件的机制，让程序可以动态地加载和卸载不同的功能模块。
• 在模板方法中，让子类可以根据实际情况来实现模板的具体行为。
• 对于消息分发、事件处理等场景，可以使用多态来实现不同类型的消息或事件的处理。

实例

下面我们来看一个更具体的例子。

c++Copy Code
class Animal {
public:
    virtual void speak() = 0;
};

class Dog : public Animal {
public:
    void speak() override {
        std::cout << "汪汪汪\n";
    }
};

class Cat : public Animal {
public:
    void speak() override {
        std::cout << "喵喵喵\n";
    }
};

void communicate(Animal* animal) {
    animal->speak();
}

int main() {
    Dog dog;
    Cat cat;

    communicate(&dog);
    communicate(&cat);

    return 0;
}

上面的代码定义了一个抽象类Animal和两个派生类Dog和Cat，它们都实现了虚函数speak。接下来我们定义了一个函数communicate，它的参数类型是Animal的指针。在communicate函数中，我们调用了animal的speak方法，这时会根据实际对象的类型，调用对应的函数。在主函数中，我们创建了一个Dog对象和一个Cat对象，并分别将它们传递给communicate函数，从而实现了不同类型的动物的交流。