【C++深度剖析教程27】多态的概念与意义

今天来学习一个新的概念，多态！！！多态在C++编程中具有重要的地位与意义，是面向对象的一个重要思想！
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1、问题引入

父类与子类之间具有赋值兼容性;

*子类对象可以当做父类对象使用（赋值兼容性）

子类对象可以直接赋值给父类对象
子类对象可以直接初始化父类对象
父类指针可以直接指向子类对象
父类引用可以直接引用子类对象

看一个例子程序来理解一下：

#include <iostream>
#include <string>using namespace std;class Parent
{
public:int mi;void add(int i){mi += i;}void add(int a, int b){mi += (a + b);}
};class Child : public Parent
{
public:int mv;void add(int x, int y, int z){mv += (x + y + z);}
};int main()
{Parent p;Child c;p = c;Parent p1(c);Parent& rp = c;Parent* pp = &c;rp.mi = 100;rp.add(5);             // 没有发生同名覆盖?rp.add(10, 10);        // 没有发生同名覆盖?/* 为什么编译不过? */// pp->mv = 1000;      // pp是父类指针，指向子类c，那么c对象就退化为父类对象// pp->add(1, 10, 100); // pp只能访问父类对象，并且可以访问父类与子类同名的对象// 而不用指定作用域。return 0;
}

-当使用父类指针（引用）指向子类对象时

子类对象退化为父类对象
只能访问父类中定义的成员
可以直接访问被子类覆盖的同名成员而不用指定作用域

2、函数重写

子类中可以重定义父类中已经存在的成员函数
这种重定义发生在继承中，叫做函数重写
函数重写是函数同名覆盖的特殊情况

这里写图片描述

那么当函数重写遇上赋值兼容会发生什么？
先来看一个简单的例子：

#include <iostream>
#include <string>using namespace std;class Parent
{
public:int mi;void add(int i){mi += i;}void add(int a, int b){mi += (a + b);}void print(){cout << "I'm Parent." << endl;}
};class Child : public Parent
{
public:int mv;void add(int x, int y, int z){mv += (x + y + z);}void print(){cout << "I'm Child." << endl;}
};void how_to_print(Parent* p)
{p->print();
}int main()
{Parent p;Child c;how_to_print(&p);    // Expected to print: I'm Parent.how_to_print(&c);    // Expected to print: I'm Child.return 0;
}

运行结果为：
I’m Parent.
I’m Parent.

很显然，这个结果并不是我们想要的，我们想要的是执行 how_to_print(&c); 后打印I’m Child.
这就是函数print重写后，遇到赋值兼容的情况。

问题分析：

编译期，间编译器只能根据指针的类型判断所指向的对象
根据赋值兼容，编译器认为父类指针指向的是父类对象
因此，编译结果只可能是调用父类中定义的同名的函数

小结：

子类对象可以当做父类对象使用（赋值兼容）
父类指针可以正确的指向子类对象
父类引用可以正确的代表子类对象
子类中可以重写父类的成员函数

3、解决办法-多态的概念

父类中被重写的函数依然会继承给子类
子类中被重写的函数会覆盖父类中的同名函数

而面向对象期望的行为是：

根据实际的对象类型调用具体的成员重写函数
父类指针（引用）指向
*父类对象，则调用父类中定义的函数
*子类对象，则调用子类中定义的重写函数

要实现这个行为，就需要引出面向对象中的多态的概念：
面向对象中多态的概念：
- 根据实际的对象类型，决定函数调用的具体目标
- 通用的调用语句，在实际的运行中有多种不同的表现形态
这里写图片描述

C++语言直接支持多态的概念

通过使用virtual关键字对多态进行支持
被virtual声明的函数被重写后具有多态性
被virtual声明的函数叫做虚函数

修改上一个程序：

#include <iostream>
#include <string>using namespace std;class Parent
{
public:int mi;virtual void print(){cout << "I'm Parent." << endl;}};class Child : public Parent
{
public:int mv;void print(){cout << "I'm Child." << endl;}
};void how_to_print(Parent* p)
{p->print();
}int main()
{   Parent p;Child c;how_to_print(&p);how_to_print(&c);return 0;
}

运行结果：
I’m Parent.
I’m Child.

可以看出，这是我们想要的结果。

多态的意义：

在程序运行过程中展现出动态特性
函数重写必须多态实现，否则没有意义
多态是面向对象组件化程序设计的基础特性

4、多态在理论中的概念与意义

理论中的概念：

静态联编
*在函数编译期间就能确定具体的函数调用
-如.函数重载
动态联编
*在程序实际运行后才能确定函数的具体调用
-如.函数重写

给个例子说明：

#include <iostream>
#include <string>using namespace std;class Parent
{
public:virtual void func(){cout << "void func()" << endl;}virtual void func(int i){cout << "void func(int i) : " << i << endl;}virtual void func(int i, int j){cout << "void func(int i, int j) : " << "(" << i << ", " << j << ")" << endl;}
};class Child : public Parent
{
public:void func(int i, int j){cout << "void func(int i, int j) : " << i + j << endl;}void func(int i, int j, int k){cout << "void func(int i, int j, int k) : " << i + j + k << endl;}
};void run(Parent* p)
{p->func(1, 2);     // 展现多态的特性// 动态联编
}int main()
{Parent p;p.func();         // 静态联编p.func(1);        // 静态联编p.func(1, 2);     // 静态联编cout << endl;Child c;c.func(1, 2);     // 静态联编cout << endl;run(&p);run(&c);return 0;
}

上述程序的运行结果为：
void func()
void func(int i) : 1
void func(int i, int j) : (1, 2)

void func(int i, int j) : 3

void func(int i, int j) : (1, 2)
void func(int i, int j) : 3

5、拓展训练

下面是一个展现多态，继承的程序，参考教学视频第49课第二个视频！

#include <iostream>
#include <string>using namespace std;class Boss
{
public:int fight(){int ret = 10;cout << "Boss::fight() : " << ret << endl;return ret;}
};class Master
{
public:virtual int eightSwordKill(){int ret = 8;cout << "Master::eightSwordKill() : " << ret << endl;return ret;}
};class NewMaster : public Master
{
public:int eightSwordKill(){int ret = Master::eightSwordKill() * 2;cout << "NewMaster::eightSwordKill() : " << ret << endl;return ret;}
};void field_pk(Master* master, Boss* boss)
{int k = master->eightSwordKill();int b = boss->fight();if( k < b ){cout << "Master is killed..." << endl;}else{cout << "Boss is killed..." << endl;}
}int main()
{Master master;Boss boss;cout << "Master vs Boss" << endl;field_pk(&master, &boss);cout << "NewMaster vs Boss" << endl;NewMaster newMaster;field_pk(&newMaster, &boss);return 0;
}

运行结果为：
Master vs Boss
Master::eightSwordKill() : 8
Boss::fight() : 10
Master is killed…
NewMaster vs Boss
Master::eightSwordKill() : 8
NewMaster::eightSwordKill() : 16
Boss::fight() : 10
Boss is killed…