C++ 的动态多态

1. 先说结论：

动态多态是指：把基类的 virtual 虚函数作为统一接口，调用多个派生类的同名函数。

使用多态的 4 个主要步骤：

1. 基类中定义 virtual 虚函数，作为接口函数。
2. 派生类中重写 override 基类的接口函数。
3. 创建基类的引用（或指针），用于接收派生类对象，并调用基类中的接口函数。
4. 把派生类对象传递给基类的引用，即可调用派生类的同名函数，实现多态。

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2. 示例代码

可以创建一个示例代码，使用多态时直接套用上去即可。

// 该程序作为一个模版，演示如何使用动态多态。
#include <iostream>
#include <memory>// 1. 基类中定义 virtual 虚函数，作为接口函数。
class AnimalBase {public:// 1.1 定义虚函数，作为统一的接口函数。virtual void speak_interface() const {std::cout << "In speak_interface" << std::endl;};AnimalBase() {std::cout << "AnimalBase constructor" << std::endl;}virtual ~AnimalBase() {  // 1.2 析构函数使用 virtual ，进行主动防御型编程。std::cout << "AnimalBase de-constructor" << std::endl;}
};// 2. 派生类中重写 override 基类的接口函数。
// 因为大黄 class 已经很具体，不应再被继承创建子类，所以下面用 final 。
class DaHuang final : public AnimalBase {  public: void speak_interface() const override {  // 2.1 派生类 override 基类的接口函数。std::cout << *age_ << " 岁的大黄汪汪叫!" << std::endl;}DaHuang(int age) : age_{std::make_unique<int>(age)}{std::cout << "构造大黄。" << std::endl;}~DaHuang() override {std::cout << "析构大黄。age_ 的堆区数据已清理。" << std::endl;}private:  // 2.2 派生类如果用到指针，则使用智能指针。std::unique_ptr<int> age_ = std::make_unique<int>(8);
};class CatDerived : public AnimalBase {public: // 2.1 派生类 override 基类的接口函数。void speak_interface() const override {  std::cout << "Cat: meow!" << std::endl;}CatDerived() {std::cout << "Cat constructor" << std::endl;}~CatDerived() override {std::cout << "Cat de-constructor" << std::endl;}
};// 3. 创建基类的引用（或指针），用于接收派生类对象，并调用基类中的接口函数。
void call_interface(AnimalBase& animal) {animal.speak_interface();   
}int main() {int dahuang_age = 888;{std::cout << "\n1. 使用引用，顺利清理 age_ 内存数据。" << std::endl;// 4. 把派生类对象传递给基类的引用，即可调用派生类的同名函数，实现多态。DaHuang dahuang{dahuang_age};call_interface(dahuang);}{std::cout << "\n2. 调用多个子类中的同名函数。" << std::endl;CatDerived cat;call_interface(cat);}{std::cout << "\n3. 即便传入基类指针，同样可以清理堆区的 age_ 数据。" << std::endl;std::unique_ptr<AnimalBase> dahuang_2{std::make_unique<DaHuang>(100)};call_interface(*dahuang_2);}return 0;
}

运行结果如下图：

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3. 几个说明

1. 动态多态的大致原理是：派生类的对象中，会有一个虚表指针，该指针指向了派生类的虚函数表。通过这个虚函数表，就可以调用派生类 override 之后的虚函数。
2. 使用 std::unique_ptr 智能指针，避免手动 delete 堆区数据。
3. 关于 virtual 关键字的用法，可参见我的另一篇文章：
   《C++ 中 virtual 的作用》 https://blog.csdn.net/drin201312/article/details/147686161

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4. 和 Python 的对比

C++ 的动态多态比较复杂，是因为 C++ 对数据类型有强制要求，而基类和派生类都有各自的类型，因此实现多态较复杂。
Python 的多态则非常简单，因为 Python 不对类型做强制要求，只使用 duck typing 机制。
具体来说， Python 中只需要 2 个对象 foo 和 bar 中有同名的方法，就可以实现多态。而且 foo 和 bar 可以属于两个完全无关的 class 。

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—————————— 本文结束 ——————————