多態(tài)的概念

多態(tài) 指的是 具有繼承關(guān)系 的不同對象在調(diào)用同一函數(shù) 時(shí)形成的不同狀態(tài)！

舉個(gè)例子：比如我們平時(shí)買高鐵/火車票時(shí)，不同的人買票買的結(jié)果都是不一樣的！學(xué)生是半價(jià)、成人是全價(jià)、軍人是軍人優(yōu)先票 等！而這三種對象本質(zhì)都是繼承自同一個(gè) Person 的父類，所以他們執(zhí)行同一操作時(shí)不同的結(jié)果就是多態(tài)！

• 構(gòu)成多態(tài)的兩個(gè)必要條件

1、必須通過基類/父類的 指針或者引用 調(diào)用虛函數(shù)

2、派生類必須得對基類的虛函數(shù)進(jìn)行重寫

舉個(gè)栗子先見一見：

class Person
{
public:
	// 虛函數(shù)
	virtual void BuyTicket()
	{
		cout << "Person::買票-成人-全價(jià)" << endl;
	}
};
 
class Student : public Person // 構(gòu)成繼承關(guān)系
{
public:
	// 虛函數(shù)
	virtual void BuyTicket()
	{
		cout << "Student::買票-學(xué)生-半價(jià)" << endl;
	}
};
 
int main()
{
	// 父類對象的指針 調(diào)用虛函數(shù)
	Person* pp = new Student;
	pp->BuyTicket();
	// 父類對象的引用 調(diào)用子類的對象
	Student st;
	Person& rp = st;
	rp.BuyTicket();
 
	Person p;
	Person& r = p;// 父類對象的引用 調(diào)用虛函數(shù)
	r.BuyTicket();
	Person* ptr = &p;// 父類對象的指針 調(diào)用虛函數(shù)
	ptr->BuyTicket();
 
	return 0;
}

此時(shí)，不同的對象去以父類的指針/引用去調(diào)用虛函數(shù)時(shí)結(jié)果是不一樣的

下面由小編給大家總結(jié)一下C++實(shí)現(xiàn)多態(tài)的幾種方式！

一）虛函數(shù)（Virtual Functions）實(shí)現(xiàn)多態(tài)

概念：

虛函數(shù)是在基類中使用關(guān)鍵字virtual聲明的成員函數(shù)。當(dāng)一個(gè)類包含虛函數(shù)時(shí)，編譯器會(huì)為該類創(chuàng)建一個(gè)虛函數(shù)表（v - table），這個(gè)表存儲(chǔ)了虛函數(shù)的地址。當(dāng)通過基類指針或引用調(diào)用虛函數(shù)時(shí)，程序會(huì)根據(jù)對象的實(shí)際類型（即指針或引用所指向或引用的實(shí)際子類對象）來查找虛函數(shù)表，從而調(diào)用子類中重寫后的虛函數(shù)，實(shí)現(xiàn)多態(tài)行為。

代碼示例：

class Shape 
{
public:
    virtual void draw() = 0; 
};
class Circle : public Shape 
{
public:
    void draw() override 
    {
        std::cout << "Drawing a circle." << std::endl;
    }
};
class Rectangle : public Shape 
{
public:
    void draw() override 
    {
        std::cout << "Drawing a rectangle." << std::endl;
    }
};

在這個(gè)例子中，Shape是一個(gè)抽象基類，draw是一個(gè)純虛函數(shù)。Circle和Rectangle是Shape的子類，它們重寫了draw函數(shù)。當(dāng)使用
Shape* shapePtr;
shapePtr = new Circle();
shapePtr->draw();
或者
Shape circleObj;
Shape& shapeRef = circleObj;
shapeRef.draw();
（circleObj是Circle類的對象）這樣的方式調(diào)用draw函數(shù)時(shí)，會(huì)根據(jù)對象是Circle還是Rectangle來動(dòng)態(tài)地調(diào)用相應(yīng)子類的draw函數(shù)，實(shí)現(xiàn)多態(tài)。

二）函數(shù)指針實(shí)現(xiàn)多態(tài)（較少使用，但在某些特定場景下有效）

概念：

可以通過定義函數(shù)指針，讓函數(shù)指針指向不同的函數(shù)實(shí)現(xiàn)來達(dá)到類似多態(tài)的效果。函數(shù)指針可以根據(jù)具體的情況（如運(yùn)行時(shí)的條件）來改變它所指向的函數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)不同的行為。不過這種方式與虛函數(shù)相比，沒有自動(dòng)的動(dòng)態(tài)綁定機(jī)制，需要手動(dòng)管理函數(shù)指針的指向。

代碼示例：

// 定義函數(shù)指針類型，該函數(shù)接受無參數(shù)，返回void
typedef void (*DrawFunction)();
class Shape 
{
public:
    DrawFunction drawFunction;
    Shape(DrawFunction df) : drawFunction(df) {}
    void draw() 
    {
        drawFunction();
    }
};
void drawCircle() 
{
    std::cout << "Drawing a circle using function pointer." << std::endl;
}
void drawRectangle() 
{
    std::cout << "Drawing a rectangle using function pointer." << std::endl;
}
int main() 
{
    Shape circleShape(drawCircle);
    Shape rectangleShape(drawRectangle);
    circleShape.draw();
    rectangleShape.draw();
    return 0;
}

在這個(gè)例子中，Shape類中有一個(gè)DrawFunction類型的函數(shù)指針drawFunction。在構(gòu)造函數(shù)中，可以傳入不同的函數(shù)來初始化這個(gè)函數(shù)指針。當(dāng)調(diào)用draw方法時(shí)，就會(huì)執(zhí)行函數(shù)指針?biāo)赶虻暮瘮?shù)。通過這種方式，可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)不同的對象（這里通過不同的構(gòu)造方式）來執(zhí)行不同的繪制函數(shù)，達(dá)到類似多態(tài)的效果。不過這種方式需要手動(dòng)設(shè)置函數(shù)指針，而且對于繼承體系的支持不如虛函數(shù)方便。
代碼示例：

#include <iostream>
// 定義函數(shù)指針類型，該函數(shù)接受兩個(gè)整數(shù)參數(shù)并返回一個(gè)整數(shù)
typedef int (*MathOperation)(int, int);
int add(int a, int b) 
{
    return a + b;
}
int subtract(int a, int b) 
{
    return a - b;
}
int main()
{
    MathOperation operation;
    operation = add;
    int result1 = operation(5, 3);
    operation = subtract;
    int result2 = operation(5, 3);
    std::cout << "加法結(jié)果: " << result1 << std::endl;
    std::cout << "減法結(jié)果: " << result2 << std::endl;
    return 0;
}

在這個(gè)例子中，MathOperation是一個(gè)函數(shù)指針類型。通過將operation函數(shù)指針先后指向add函數(shù)和subtract函數(shù)，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)需要調(diào)用不同函數(shù)的效果，從而在一定程度上實(shí)現(xiàn)了多態(tài)。

三）模板（Templates）實(shí)現(xiàn)編譯時(shí)多態(tài)（也稱為參數(shù)化多態(tài)）

概念：

模板是 C++ 中的泛型編程機(jī)制。雖然它不是真正的多態(tài)（因?yàn)樗窃诰幾g時(shí)確定具體的函數(shù)或類的版本，而不是運(yùn)行時(shí)），但在某些情況下可以實(shí)現(xiàn)類似多態(tài)的代碼復(fù)用和靈活性。通過模板，可以編寫通用的代碼，這些代碼可以根據(jù)不同的類型參數(shù)生成不同的具體實(shí)現(xiàn)，從而適應(yīng)多種數(shù)據(jù)類型或類類型的需求。

代碼示例（函數(shù)模板）：

template<typename T>
void draw(T& shape) 
{
    shape.draw();
}
class Circle 
{
public:
    void draw() 
    {
        std::cout << "Drawing a circle using template." << std::endl;
    }
};
class Rectangle 
{
public:
    void draw() 
    {
        std::cout << "Drawing a rectangle using template." << std::endl;
    }
};
int main() 
{
    Circle circle;
    Rectangle rectangle;
    draw(circle);
    draw(rectangle);
    return 0;
}

在這個(gè)例子中，draw是一個(gè)函數(shù)模板，它可以接受不同類型的參數(shù)（只要這個(gè)類型有draw方法）。當(dāng)傳入Circle或Rectangle對象時(shí)，會(huì)在編譯時(shí)根據(jù)對象的類型生成對應(yīng)的draw函數(shù)調(diào)用，實(shí)現(xiàn)了對不同類型對象的通用處理，有點(diǎn)類似于多態(tài)的效果，但這種方式是基于編譯時(shí)的類型推導(dǎo)，而不是像虛函數(shù)那樣的運(yùn)行時(shí)多態(tài)。

四）抽象基類與純虛函數(shù)結(jié)合實(shí)現(xiàn)多態(tài)（與虛函數(shù)方式緊密相關(guān)）

概念：

抽象基類是包含純虛函數(shù)的類，不能被實(shí)例化。純虛函數(shù)是在基類中聲明但沒有定義的虛函數(shù)，它強(qiáng)制子類必須重寫這個(gè)函數(shù)。通過這種方式，可以定義一個(gè)通用的接口，子類必須實(shí)現(xiàn)這個(gè)接口，從而實(shí)現(xiàn)多態(tài)。當(dāng)通過基類指針或引用調(diào)用這些純虛函數(shù)時(shí)，會(huì)根據(jù)子類的實(shí)際實(shí)現(xiàn)來調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)。

代碼示例（與前面虛函數(shù)示例結(jié)合）：

class Shape
{
public:
virtual void draw() = 0;
};

這里Shape是抽象基類，draw是純虛函數(shù)。子類必須重寫draw函數(shù)才能實(shí)例化，這樣就確保了在通過Shape基類指針或引用調(diào)用draw函數(shù)時(shí)，能夠根據(jù)具體子類的實(shí)現(xiàn)來獲得不同的繪制行為，實(shí)現(xiàn)多態(tài)。這種方式明確了接口規(guī)范，并且和虛函數(shù)的動(dòng)態(tài)綁定機(jī)制一起，是 C++ 實(shí)現(xiàn)多態(tài)的重要方式之一。

五）函數(shù)重載（Function Overloading）實(shí)現(xiàn)有限的多態(tài)性

概念：

函數(shù)重載是指在同一個(gè)作用域內(nèi)，可以有多個(gè)同名函數(shù)，它們的參數(shù)列表（參數(shù)個(gè)數(shù)、類型、順序）不同。當(dāng)調(diào)用一個(gè)重載函數(shù)時(shí)，編譯器會(huì)根據(jù)傳入的實(shí)際參數(shù)來確定調(diào)用哪一個(gè)具體的函數(shù)版本。這種方式在一定程度上實(shí)現(xiàn)了多態(tài)性，因?yàn)橄嗤暮瘮?shù)名可以根據(jù)不同的參數(shù)類型執(zhí)行不同的操作。

代碼示例：

#include <iostream>
class Calculator 
{
public:
    int add(int a, int b)
    {
        return a + b;
    }
    double add(double a, double b) 
    {
        return a + b;
    }
};
int main() 
{
    Calculator calculator;
    int intResult = calculator.add(3, 5);
    double doubleResult = calculator.add(3.5, 2.5);
    std::cout << "整數(shù)相加結(jié)果: " << intResult << std::endl;
    std::cout << "浮點(diǎn)數(shù)相加結(jié)果: " << doubleResult << std::endl;
    return 0;
}

在這個(gè)例子中，Calculator類中有兩個(gè)add函數(shù)，一個(gè)用于整數(shù)相加，一個(gè)用于浮點(diǎn)數(shù)相加。編譯器會(huì)根據(jù)傳入add函數(shù)的參數(shù)類型來決定調(diào)用哪個(gè)版本，這就像一種簡單的多態(tài)，根據(jù)參數(shù)類型的不同選擇不同的操作方式。不過，函數(shù)重載是在編譯時(shí)確定調(diào)用的函數(shù)版本，而不是像虛函數(shù)那樣在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)綁定。

六）函數(shù)對象（仿函數(shù)，F(xiàn)unctors）：

原理：函數(shù)對象是一個(gè)類，它重載了函數(shù)調(diào)用運(yùn)算符operator()。這樣，這個(gè)類的對象就可以像函數(shù)一樣被調(diào)用。例如：

class AddFunctor 
{
public:
    int operator()(int a, int b) const 
    {
        return a + b;
    }
};
class SubtractFunctor 
{
public:
    int operator()(int a, int b) const 
    {
        return a - b;
    }
};
int main() 
{
    AddFunctor addObj;
    SubtractFunctor subtractObj;
    int result1 = addObj(3, 2);
    int result2 = subtractObj(3, 2);
    return 0;
}

應(yīng)用場景：在 STL 算法中廣泛使用。例如，std::sort函數(shù)可以接受一個(gè)比較函數(shù)對象來確定排序的順序。不同的比較函數(shù)對象可以實(shí)現(xiàn)不同的排序規(guī)則（如升序、降序），通過這種方式實(shí)現(xiàn)了基于不同規(guī)則的排序多態(tài)性。同時(shí)，函數(shù)對象可以攜帶狀態(tài)（通過類的成員變量），這是函數(shù)指針?biāo)痪邆涞膬?yōu)勢，在一些需要記錄中間狀態(tài)的場景中非常有用。

以上就是C++中實(shí)現(xiàn)多態(tài)有幾種方式小結(jié)的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于C++實(shí)現(xiàn)多態(tài)方式的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！