cpp自学 day19（多态）

一、基本概念

同一操作作用于不同的对象，产生不同的执行结果

👉 就像「按F1键」：在Word弹出帮助文档，在PS弹出画笔设置，同一个按键触发不同功能

（1）多态类型

类型	实现方式	绑定时机
静态多态	函数重载、运算符重载	编译时绑定
动态多态	虚函数+继承体系	运行时绑定

（2）动态多态三要素

多态满足条件

有继承关系

子类重写父类中的虚函数

多态使用条件

父类指针或引用指向子类对象
重写：函数返回值类型 函数名 参数列表 完全一致称为重写 (缺一不可)

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class 父类名 {
public:
    virtual 返回类型 函数名(参数列表) {
        // 函数体
    }
};

（3）示例代码

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// 父类
class Animal {
public:
    virtual void speak() {  // 1. 虚函数声明
        cout << "动物发声" << endl;
    }
};

// 子类
class Cat : public Animal { // 1. 继承关系
public:
    void speak() override { // 2. 重写虚函数
        cout << "喵喵" << endl; 
    }
};

// 多态调用
void doSpeak(Animal& animal) { // 3. 父类引用接收子类对象
    animal.speak(); // 运行时决定调用哪个实现
}

void doSpeak(Animal *animal) {// 4.用指针接收子类对象
    animal->speak();
}

void test() {
    Cat cat;
    doSpeak(cat); // 输出：喵喵
}

（4）重要特性

函数重写严格一致：(此处是函数内参数不一致)

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// 错误示例：参数不同
class Animal { virtual void func(int) };
class Cat : public Animal { void func() }; // 不会触发多态

二、多态原理

当子类重写父类的虚函数，子类中的虚函数表内部，会替换成子类的虚函数地址

例

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class Animal
{
public:
    //虚函数
    virtual void speak()
    {
        cout << "动物在说话" << endl;
    }
};

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//猫类
class Cat : public Animal
{
public:
    //重写 函数返回值类型 函数名 参数列表 完全相同
    virtual void speak()
    {
        cout << "小猫在说话" << endl;
    }
};

原理概况

当父类的指针或者引用指向子类对象时候，发生多态

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Animal & animal = cat;
animal.speak();

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vfptr - 虚函数（表）指针

v - virtual
f - function
ptr - pointer

vtable - 虚函数表

v - virtual
f - function
table - table

三、纯虚函数和抽象类

在多态中，通常父类中虚函数的实现是毫无意义的，主要都是调用子类重写的内容
因此可以将虚函数改为纯虚函数，当类中有了纯虚函数，这个类也称为抽象类
纯虚函数语法：virtual 返回值类型函数名（参数列表）= 0 ;
复制代码
 virtual void func() = 0;

抽象类特点：

1、无法实例化对象
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若Base是抽象类，则下面两行报错
Base b;
new Base;
2、子类必须重写抽象类中的纯虚函数，否则也属于抽象类

++写纯虚函数意义就是想让子类重写一遍纯虚函数++

四、虚析构与纯虚析构

1.核心问题

内存泄漏场景

cpp 复制代码

class Animal {
public:
    ~Animal() {  // ❌ 普通析构
        cout << "Animal析构" << endl;
    }
};

class Cat : public Animal {
public:
    ~Cat() {
        cout << "Cat析构" << endl;
        delete[] m_data;  // 堆内存资源
    }
private:
    int* m_data = new int[100];
};

void test() {
    Animal* pet = new Cat();
    pet->speak();
    delete pet;  // 仅调用Animal析构 → 内存泄漏！
}

执行结果：

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Animal析构
（Cat析构未被调用 → m_data内存泄漏）

2.解决方案对比

方案类型	语法示例	类性质	实现要求	使用场景
虚析构	`virtual ~Animal() {}`	普通类	必须实现	需要实例化基类对象
纯虚析构	`virtual ~Animal() = 0;`	抽象类	必须单独实现	强制子类实现特定行为

3.具体实现

1. 虚析构函数

cpp 复制代码

class Animal {
public:
    virtual ~Animal() {  // ✅ 虚析构声明
        cout << "Animal虚析构" << endl;
    }
};

// 正确执行结果：
// Cat析构
// Animal虚析构

2. 纯虚析构函数

cpp 复制代码

class Animal {
public:
    virtual ~Animal() = 0;  // 纯虚析构声明
};

// 必须单独实现
Animal::~Animal() {  // ✅ 纯虚析构实现
    cout << "Animal纯虚析构" << endl;
}

特性：

使类成为抽象类（无法实例化）
子类必须实现析构函数

cpp 复制代码

class Cat : public Animal {
public:
    ~Cat() override {  // 必须实现
        cout << "Cat析构" << endl;
    }
};