【C++】多态详解

多态是面向对象编程（OOP）中的一个核心概念，它允许将同一操作应用于不同的数据类型。在C++中，多态通常涉及基类和派生类之间的关系，通过虚函数实现的动态绑定，使得基类的指针或引用能够调用派生类的实现，从而实现多态的效果。

多态的分类

多态主要分为两种类型：

1. 编译时多态（静态多态）：通常通过函数重载和运算符重载实现，即在编译阶段决定调用哪个函数。
2. 运行时多态（动态多态）：通过虚函数和基类指针实现，在运行时根据对象的实际类型决定调用哪个函数。

运行时多态的实现

在C++中，实现运行时多态的关键是使用虚函数。下面是一个简单的示例，展示如何通过虚函数实现运行时多态：

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

// 基类
class Animal {
public:
    virtual void speak() const {
        cout << "动物发出声音" << endl;
    }

    virtual ~Animal() {} // 虚析构函数
};

// 派生类
class Dog : public Animal {
public:
    void speak() const override { // 重写基类的speak方法
        cout << "狗在叫：汪汪" << endl;
    }
};

class Cat : public Animal {
public:
    void speak() const override { // 重写基类的speak方法
        cout << "猫在叫：喵喵" << endl;
    }
};

int main() {
    // 创建动物对象的指针
    Animal* animal1 = new Dog(); // 指向Dog对象
    Animal* animal2 = new Cat(); // 指向Cat对象

    // 存储在一个容器中
    vector<Animal*> animals;
    animals.push_back(animal1);
    animals.push_back(animal2);

    // 调用speak方法
    for (const auto& animal : animals) {
        animal->speak(); // 此处调用的是派生类中重写的函数
    }

    // 释放资源
    for (auto& animal : animals) {
        delete animal;
    }

    return 0;
}

代码解析

在上述代码中，我们定义了一个基类 Animal，其中声明了一个虚函数 speak()，用于输出动物的声音。然后我们定义了两个派生类 Dog 和 Cat，重写了 speak() 方法，以提供各自的实现。

在 main() 函数中，我们创建了 Animal 类型的指针 animal1 和 animal2，分别指向 Dog 和 Cat 对象。我们将它们存储在一个 vector 容器中，然后通过遍历容器，调用它们的 speak() 方法。

注意：

• 使用 virtual 关键字声明基类中的成员函数，使其成为虚函数。
• 在派生类中，使用 override 关键字来确保我们正确地重写了基类中的虚函数，提高了代码的安全性。
• 使用虚析构函数确保在删除派生类对象时，会调用正确的析构函数，防止内存泄露。

总结

多态是C++中强大的特性之一，它使得程序能够灵活地处理不同类型的对象。通过使用基类指针或引用，我们可以在运行时动态地选择合适的方法，提高了代码的可扩展性和可维护性。在实际的开发中，多态常常与抽象类和接口结合使用，从而使得程序结构更加清晰。