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c++函数中的多态是怎样体现的

news 2025/7/9 23:18:59

在C++中，多态主要通过虚函数（virtual function）和继承机制来体现。多态分为两种：编译时多态（静态多态）和运行时多态（动态多态）。在C++中，运行时多态是多态的主要体现形式，而编译时多态更多地体现在函数重载和模板机制中。

1. 运行时多态（动态多态）

运行时多态是通过虚函数和继承机制实现的，具体体现在以下几个方面：

（1）虚函数（Virtual Function）

虚函数是实现多态的关键机制。当一个类中声明了虚函数后，派生类可以重写（override）这个虚函数，从而在运行时根据对象的实际类型调用对应的函数。

基类中声明虚函数

class Base {
public:
    virtual void show() {
        cout << "Base show()" << endl;
    }
};

派生类重写虚函数

class Derived : public Base {
public:
    void show() override { // 使用override关键字可以增强代码可读性
        cout << "Derived show()" << endl;
    }
};

运行时调用

int main() {
    Base* ptr;
    Derived d;
    ptr = &d;

    ptr->show(); // 输出：Derived show()
    return 0;
}

在上述代码中，ptr是一个指向Base类型的指针，但它实际指向的是Derived类型的对象。当调用ptr->show()时，程序会根据ptr指向的对象的实际类型（Derived）来调用对应的show()函数。这就是运行时多态的体现。

（2）纯虚函数（Pure Virtual Function）和抽象类（Abstract Class）

纯虚函数是一种特殊的虚函数，它没有具体的实现，派生类必须提供纯虚函数的实现，否则派生类也会成为抽象类。包含纯虚函数的类称为抽象类，不能实例化对象，但可以定义指向派生类对象的指针或引用。

定义抽象类

class AbstractBase {
public:
    virtual void show() = 0; // 纯虚函数
};

派生类实现纯虚函数

class ConcreteDerived : public AbstractBase {
public:
    void show() override {
        cout << "ConcreteDerived show()" << endl;
    }
};

运行时调用

int main() {
    AbstractBase* ptr = new ConcreteDerived();
    ptr->show(); // 输出：ConcreteDerived show()
    delete ptr;
    return 0;
}

在上述代码中，AbstractBase是一个抽象类，不能直接实例化对象。ConcreteDerived继承自AbstractBase并实现了纯虚函数show()。通过指向ConcreteDerived对象的AbstractBase类型的指针ptr调用show()函数时，会调用ConcreteDerived类中的实现。

2. 编译时多态（静态多态）

编译时多态主要通过函数重载（Function Overloading）和模板（Template）来实现。

（1）函数重载

函数重载是指在同一个作用域中，允许定义多个同名函数，只要它们的参数列表（参数个数、类型或顺序）不同即可。编译器根据调用时的参数类型和个数来选择合适的函数版本。

void print(int a) {
    cout << "print(int): " << a << endl;
}

void print(double a) {
    cout << "print(double): " << a << endl;
}

void print(int a, int b) {
    cout << "print(int, int): " << a << ", " << b << endl;
}

int main() {
    print(10); // 调用print(int)
    print(3.14); // 调用print(double)
    print(5, 6); // 调用print(int, int)
    return 0;
}

在上述代码中，print函数有多个重载版本，编译器根据调用时的参数类型和个数选择合适的函数版本。这种多态是在编译时确定的，因此称为编译时多态。

（2）模板

模板是一种编译时多态的机制，允许在编译时生成不同类型的代码。模板可以分为函数模板和类模板。

函数模板

template <typename T>
void print(T a) {
    cout << "print(T): " << a << endl;
}

int main() {
    print(10); // T为int
    print(3.14); // T为double
    print("Hello"); // T为const char*
    return 0;
}

类模板

template <typename T>
class Box {
private:
    T value;
public:
    void set(T val) {
        value = val;
    }
    T get() const {
        return value;
    }
};

int main() {
    Box<int> intBox;
    intBox.set(10);
    cout << "intBox.get(): " << intBox.get() << endl;

    Box<double> doubleBox;
    doubleBox.set(3.14);
    cout << "doubleBox.get(): " << doubleBox.get() << endl;

    return 0;
}

在上述代码中，print函数模板和Box类模板都可以在编译时根据不同的类型参数生成对应的代码。这种多态也是在编译时确定的。