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多态性及其在C++中的实现方式

2023-06-28 12:47:18 深夜i -- --

多态性 C++ 虚函数继承重载

多态性是面向对象编程中的一个重要概念，它指的是同一类型的对象，在不同的情境下表现出不同的行为特征。多态性可以提高代码的可重用性、可扩展性和可维护性。在C++中，多态性的实现方式主要有三种：虚函数、抽象类和模版。

首先是虚函数。虚函数是在基类中声明的一种特殊的成员函数，它在派生类中可以被重新定义，并且在运行时基于对象的实际类型调用相应的函数。虚函数的实现方式是将函数指针存储在虚函数表中，派生类继承自基类时，会自动生成一个指向基类虚函数表的指针，从而实现多态性。例如：


class Shape {
public:
  virtual void draw() {
   cout << "Shape::draw()" << endl;
  }
};
class Circle : public Shape {
public:
  void draw() {
   cout << "Circle::draw()" << endl;
  }
};
int main() {
  Shape* shapePtr;
  Circle circleObj;
  shapePtr = &circleObj;
  shapePtr->draw();
  return 0;
}

在这个例子中，Shape是一个基类，Circle是它的派生类。基类中有一个虚函数draw()，派生类中覆盖了这个函数。在main()函数中，创建了一个指向Circle对象的指针，并将其赋值给一个Shape指针。在调用shapePtr->draw()时，会根据对象的类型调用不同的函数，即输出“Circle::draw()”。

其次是抽象类。抽象类是无法实例化的类，它只能作为基类来使用，它的特点是至少有一个纯虚函数，即没有实现体的虚函数。纯虚函数的存在，强制派生类必须实现该函数，否则派生类也成为一个抽象类。例如：


class Shape {
public:
  virtual void draw() = 0;
};
class Circle : public Shape {
public:
  void draw() {
   cout << "Circle::draw()" << endl;
  }
};
int main() {
  Shape* shapePtr;
  Circle circleObj;
  shapePtr = &circleObj;
  shapePtr->draw();
  return 0;
}

在这个例子中，Shape是一个抽象类，它里面的draw()函数是一个纯虚函数。Circle是它的派生类，必须实现draw()函数，否则也成为一个抽象类。在main()函数中，创建了一个指向Circle对象的指针，并将其赋值给一个Shape指针。在调用shapePtr->draw()时，会输出“Circle::draw()”。

最后是模版。模版通常被定义成一个类模版或函数模版，它允许在编译期间将同一段代码用于不同的数据类型或参数。模版的实现方式是根据使用的数据类型或参数，生成相应的代码。例如：


template <class T>
void swap(T& a, T& b)
  T temp = a;
  a = b;
  b = temp;
int main() {
  int a = 10, b = 20;
  swap(a, b);
  double x = 3.14, y = 2.72;
  swap(x, y);
  return 0;
}

在这个例子中，swap()函数是一个函数模版，它可以用于多种数据类型。在main()函数中，分别使用swap()函数交换了两个整数和两个浮点数的值。

总之，多态性在面向对象编程中扮演着重要的角色，C++提供了多种实现方式，开发人员可以根据实际的需求选择合适的方式。

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