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C++的多态性及其实现方式

news 2025/7/1 17:51:39

多态性是 C++ 面向对象编程的重要特性之一，它允许不同的对象对同一消息做出不同的响应，提高了代码的灵活性和可扩展性。下面为你详细介绍 C++ 多态性的概念及其实现方式。

多态性的概念

多态性从字面上理解就是 “多种形态”。在 C++ 中，多态性使得可以使用统一的接口来处理不同类型的对象，而具体执行的操作则由对象的实际类型决定。这就好比现实生活中，不同的人对于 “吃饭” 这个指令，会有不同的行为，有的人细嚼慢咽，有的人狼吞虎咽。

实现方式

1. 静态多态（编译时多态）

函数重载
函数重载是指在同一个作用域内，可以定义多个同名函数，但这些函数的参数列表（参数的类型、个数或顺序）必须不同。编译器会根据调用函数时传递的实参来决定调用哪个重载函数。

cpp

#include <iostream>

// 函数重载示例
int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

double add(double a, double b) {
    return a + b;
}

int main() {
    int result1 = add(1, 2);
    double result2 = add(1.5, 2.5);
    std::cout << "Integer addition result: " << result1 << std::endl;
    std::cout << "Double addition result: " << result2 << std::endl;
    return 0;
}

运算符重载
运算符重载允许程序员为自定义类型重新定义运算符的行为。通过运算符重载，可以让自定义类型的对象像内置类型一样使用运算符。

cpp

#include <iostream>

class Complex {
private:
    double real;
    double imag;
public:
    Complex(double r = 0, double i = 0) : real(r), imag(i) {}

    // 运算符重载
    Complex operator+(const Complex& other) {
        return Complex(real + other.real, imag + other.imag);
    }

    void display() {
        std::cout << real << " + " << imag << "i" << std::endl;
    }
};

int main() {
    Complex c1(1, 2);
    Complex c2(3, 4);
    Complex c3 = c1 + c2;
    c3.display();
    return 0;
}

2. 动态多态（运行时多态）

虚函数和继承
动态多态主要通过虚函数和继承来实现。在基类中声明虚函数，派生类可以重写这些虚函数。当通过基类指针或引用调用虚函数时，实际执行的是派生类中重写的函数，这一过程在运行时确定。

cpp

#include <iostream>

// 基类
class Shape {
public:
    // 虚函数
    virtual void draw() {
        std::cout << "Drawing a generic shape." << std::endl;
    }
};

// 派生类
class Circle : public Shape {
public:
    void draw() override {
        std::cout << "Drawing a circle." << std::endl;
    }
};

// 派生类
class Square : public Shape {
public:
    void draw() override {
        std::cout << "Drawing a square." << std::endl;
    }
};

int main() {
    Circle circle;
    Square square;

    Shape* shape1 = &circle;
    Shape* shape2 = &square;

    shape1->draw();
    shape2->draw();

    return 0;
}