C++ 多态：面向对象编程中的灵活性与扩展性
什么是多态？
多态（Polymorphism）是面向对象编程中的一个重要概念，它允许对象在不同的情况下表现出不同的行为。在 C++ 中，多态性可以分为两类：编译时多态和运行时多态。
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编译时多态：在编译期间就能够决定调用哪个函数。常见的编译时多态包括函数重载和运算符重载。
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运行时多态：在运行期间决定调用哪个函数，通常是通过继承和虚函数实现的。这是 C++ 中常见的多态形式，也是面向对象编程中最常用的多态。
运行时多态：通过虚函数实现
运行时多态的关键是虚函数（virtual）。当我们通过基类指针或引用调用派生类的函数时，C++ 会根据对象的实际类型来调用正确的函数，而不是静态地绑定到基类的函数。
1. 基本的多态示例
#include <iostream>
using namespace std;// 基类
class Shape {
public:// 虚函数，允许派生类重写virtual void draw() const {cout << "Drawing a shape" << endl;}
};// 派生类1：Circle
class Circle : public Shape {
public:void draw() const override {cout << "Drawing a Circle" << endl;}
};// 派生类2：Square
class Square : public Shape {
public:void draw() const override {cout << "Drawing a Square" << endl;}
};int main() {Shape* shape;Circle circle;Square square;// 使用基类指针指向派生类对象shape = &circle;shape->draw(); // 输出: Drawing a Circleshape = □shape->draw(); // 输出: Drawing a Squarereturn 0;
}
解释：
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Shape类是基类，其中有一个虚函数draw()，表示画图的行为。 -
Circle和Square类继承自Shape类，并重写了draw()函数。 -
在
main()函数中，我们通过基类指针shape来指向不同的派生类对象（circle和square）。由于draw()是虚函数，C++ 会在运行时根据对象的实际类型来调用相应的函数。
输出：
Drawing a Circle
Drawing a Square
虚函数与构造函数
虚函数是动态绑定的，但构造函数不是。也就是说，当我们通过基类指针创建对象时，虚函数表会指向基类的虚函数，即使派生类已经重写了该函数。构造函数执行时，只有基类的构造函数会被调用。
示例：虚函数与构造函数
#include <iostream>
using namespace std;class Base {
public:Base() {cout << "Base class constructor called" << endl;}virtual void display() const {cout << "Base class display function" << endl;}
};class Derived : public Base {
public:Derived() {cout << "Derived class constructor called" << endl;}void display() const override {cout << "Derived class display function" << endl;}
};int main() {Derived obj;obj.display(); // 输出: Derived class display functionreturn 0;
}
输出：
Base class constructor called
Derived class constructor called
Derived class display function
解释：
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即使我们在派生类
Derived中重写了display()函数，基类的构造函数会先被调用，这是因为对象是先构造基类部分，再构造派生类部分。 -
然而，
display()是一个虚函数，它会根据对象的实际类型（Derived类）来调用派生类的版本。
虚析构函数
为了确保当我们通过基类指针删除派生类对象时，派生类的析构函数能够正确执行，我们需要将基类的析构函数声明为虚函数。
示例：虚析构函数
#include <iostream>
using namespace std;class Base {
public:virtual ~Base() {cout << "Base class destructor called" << endl;}
};class Derived : public Base {
public:~Derived() {cout << "Derived class destructor called" << endl;}
};int main() {Base* ptr = new Derived();delete ptr; // 输出: Derived class destructor called// Base class destructor calledreturn 0;
}
输出：
Derived class destructor called
Base class destructor called
解释：
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如果我们没有将
Base类的析构函数声明为虚函数，调用delete ptr时，只会调用基类的析构函数，导致派生类的析构函数没有被调用，这可能导致资源泄漏。 -
通过将析构函数声明为虚函数，C++ 会确保在删除基类指针时，首先调用派生类的析构函数，然后调用基类的析构函数。
总结
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多态是 C++ 面向对象编程的重要特性，通过继承和虚函数实现，可以使得不同的派生类对象能够在运行时表现出不同的行为。
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虚函数是实现运行时多态的关键，允许派生类重写基类的函数，并在运行时通过基类指针或引用调用派生类的函数。
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虚析构函数可以保证通过基类指针删除派生类对象时，析构函数能够正确调用，避免资源泄漏。
多态为程序提供了极大的灵活性和扩展性，能够简化代码结构并提高代码的可维护性。