【C++】多态

在C++中，多态是面向对象编程的重要特性之一，允许程序使用统一的接口来处理不同类型的对象。多态主要分为两种类型：编译时多态和运行时多态。编译时多态是通过函数重载和运算符重载实现的，而运行时多态则是通过虚函数实现的。

1. 编译时多态

编译时多态是指在编译期间就能确定所调用函数的版本。主要通过函数重载和运算符重载来实现。

函数重载示例：

#include <iostream>

class Print {
public:
    void display(int i) {
        std::cout << "Display integer: " << i << std::endl;
    }

    void display(double d) {
        std::cout << "Display double: " << d << std::endl;
    }

    void display(const std::string& str) {
        std::cout << "Display string: " << str << std::endl;
    }
};

int main() {
    Print printer;
    printer.display(10);          // 调用 display(int)
    printer.display(3.14);       // 调用 display(double)
    printer.display("Hello");     // 调用 display(string)
    return 0;
}

上述代码中，display 函数被重载了三次，可以接收不同类型的参数。

2. 运行时多态

运行时多态是指在程序运行时，根据对象的实际类型调用相应的函数。实现运行时多态的主要手段是使用虚函数和继承。

虚函数示例：

#include <iostream>

class Shape {
public:
    virtual void area() {
        std::cout << "Calculating area of generic shape" << std::endl;
    }
};

class Circle : public Shape {
public:
    void area() override {
        std::cout << "Calculating area of Circle" << std::endl;
    }
};

class Square : public Shape {
public:
    void area() override {
        std::cout << "Calculating area of Square" << std::endl;
    }
};

void displayArea(Shape* shape) {
    shape->area();  // 调用基类指针的虚函数
}

int main() {
    Circle circle;
    Square square;

    displayArea(&circle);  // 输出: Calculating area of Circle
    displayArea(&square);  // 输出: Calculating area of Square

    return 0;
}

在上面的例子中，Shape 是一个基类，它定义了一个虚函数 area。Circle 和 Square 继承自 Shape，并重写了 area 函数。在 displayArea 函数中，使用基类指针来调用 area 函数，这样就实现了运行时多态。根据传入对象的实际类型，调用不同的 area 实现。

3. 多态的优势

多态允许我们编写更为灵活和可扩展的代码。通过使用多态，可以在不修改现有代码的情况下，引入新的类和功能。例如，如果我们想要添加一个新的形状，如三角形，只需创建一个新的类并实现 area 方法，然后修改调用显示面积的代码，无需改动已有代码。

class Triangle : public Shape {
public:
    void area() override {
        std::cout << "Calculating area of Triangle" << std::endl;
    }
};

// 在 main 函数中继续调用 displayArea，传入 Triangle 对象即可
Triangle triangle;
displayArea(&triangle);  // 输出: Calculating area of Triangle

4. 总结

多态是C++中强大的特性之一，它极大地提高了程序的灵活性和可维护性。通过结合使用编译时和运行时多态，可以更高效地解决复杂问题。掌握多态的使用，有助于设计更为优雅和可扩展的代码架构。