OOP笔记 —— 多态（Polymorphism）

多态就是同一个方法的不同实现（即：相同的函数名，不同的函数体）

多态的精髓在于父类指针的使用：将子类的地址赋给父类指针，即父类指针指向子类对象

注意：用指针去调用成员方法时，通过“->”符号

1. 虚函数（Virtual Function）

此处的虚函数是指非纯虚函数。

• 定义：非纯虚函数是一个带有 virtual 关键字的成员函数，但它在基类中有一个实现。
• 继承：派生类可以选择重写(override)这个虚函数，也可以不重写。如果不重写，则会继承基类的实现。
• 多态性：使用基类指针或引用调用这个函数时，会根据实际指向的对象类型，调用相应的版本（基类版本或派生类版本）。
• 实现要求：虚函数（非纯虚函数）的基类必须提供这个函数的实现【和纯虚函数相反】。

使用虚函数的目的：该函数具有不同的实现方式，通过虚函数及指针的使用，实现运行时多态（runtime polymorphism），也叫动态绑定。意思是，通过父类指针指向子类对象，如果该子类对象有自己的函数实现方式，则执行自己的实现方式；若没有，则执行离它最近的、有该函数的父类的实现方式。【Virtual function allows you to execute the most derived version of this function when it is invoked using a base class pointer.】

class Instrument {
public:
    virtual void makeSound(){
        cout<<"Instrument playing..."<<endl;
    }
};

class Accordion : public Instrument {
public:
    void makeSound() override{
        cout<<"Accordion playing..."<<endl;
    }
};


int main() {
    Instrument * i1 = new Accordion();
    i1->makeSound(); // 输出结果为Accordion playing...

    return 0;
}

2. 纯虚函数与抽象类（Pure Virtual Function & Abstract Class）

• 定义：纯虚函数在基类中声明，但不提供实现，使用 = 0 来表示这是一个纯虚函数。
• 继承：所有派生类必须提供这个纯虚函数的实现，否则派生类也将成为抽象类，不能实例化。
• 多态性：使用基类指针或引用调用这个函数时，会根据实际指向的对象类型调用相应的版本。
• 实现要求：基类不提供实现，只是定义接口，具体实现由派生类提供。

使用纯虚函数的目的：父类不提供函数的实现方式，交给它的所有子类去执行各自的实现方式。【Pure Virtual Function forces all of its derived classes to implement their own version of that function.】

抽象类：只要class中有了一个纯虚函数，那这个class就是抽象类。

class Instrument {
public:
    virtual void makeSound() = 0; //纯虚函数的形式（=0），没有函数体
};

class Accordion : public Instrument {
public:
    void makeSound() override{
        cout<<"Accordion playing..."<<endl;
    }
};

class Piano : public Instrument {
public:
    void makeSound() override{
        cout<<"Piano playing..."<<endl;
    }
};

使用纯虚函数实现多态：用同一个代码去执行不同的函数

int main() {
    Instrument * i1 = new Accordion();
    Instrument * i2 = new Piano();

    Instrument * instrument[2] = {i1,i2}; //创建存放该class类型的指针数组
    for(int i =0; i<2; i++) {
        instrument[i]->makeSound();
    } //通过一个for循环，实现了多态， 省略了i1->makeSound()、i2->makeSound()这些重复代码

    for(int i =0; i<2; i++) {
        delete instrument[i]; // delete 操作符释放动态分配的内存
        instrument[i] = nullptr;  // delete之后将指针设置为nullptr虽然不是必须的，但这是一种很
                                     好的编程习惯
    }

    return 0;
}

3. 【小结】实现多态的2个注意事项

① 所有的派生类有一个共同基类，这个基类有一个虚函数可以被所有类调用

• 非纯虚函数：基类必须提供一个默认实现，派生类可以选择是否重写。
• 纯虚函数：基类没有实现，所有派生类必须提供自己的实现，除非派生类本身也被定义为抽象类。

② 实现多态的方法

实现多态的关键在于使用基类指针或引用来调用派生类对象的虚函数，从而实现动态绑定（也称为运行时多态）。

使用一个基类指针数组来存储不同派生类对象的地址是一种常见的实现方式（上例）。