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C++与多态

news 2025/8/6 3:40:22

多态的本质是允许对象以其实际类型的行为方式来操作，而不仅仅是其静态类型所声明的方式。
多态是面向对象编程中的一种核心概念，它允许对象根据其具体类型执行相应的操作，而不是其声明的类型。我们可以使用一个经典的动物的例子来说明这一点。

应用场景：动物园模拟

假设我们正在为一个动物园模拟游戏编写代码。动物园里有各种动物，每种动物都有一个发出声音的行为，但每种动物的声音都是不同的。

不使用多态：

如果不使用多态，我们可能会这样做：

class Dog {
public:void makeSound() { cout << "Woof!\n"; }
};class Cat {
public:void makeSound() { cout << "Meow!\n"; }
};// 使用
Dog dog;
dog.makeSound();Cat cat;
cat.makeSound();

如果动物园中有很多不同的动物，我们需要为每种动物单独编写代码。

override:
这是C++11引入的一个新关键字，它表示该函数意图重写基类中的一个虚函数。如果基类没有这样的虚函数或函数签名与派生类中的函数不匹配，编译器会产生一个错误。
使用override关键字是一个好的编程习惯，因为它可以帮助检测重写虚函数时可能发生的错误。例如，如果基类的函数签名发生了变化，但派生类没有被相应地更新，使用override关键字可以在编译时捕获这种错误。综上，void makeSound() const override声明了一个常成员函数makeSound，该函数重写了其基类中的一个虚函数，并且不返回任何值。在其函数体中，它使用cout输出"Meow!\n"

使用多态：

我们可以定义一个基类Animal，并为所有动物提供一个公共接口：

class Animal {
public:virtual void makeSound() const = 0; // 纯虚函数
};class Dog : public Animal {
public:void makeSound() const override { cout << "Woof!\n"; }
};class Cat : public Animal {
public:void makeSound() const override { cout << "Meow!\n"; }
};// 使用
Animal* animals[] = {new Dog(), new Cat()};for(int i = 0; i < 2; i++) {animals[i]->makeSound();
}// 输出:
// Woof!
// Meow!

这样，如果我们想添加更多种动物，只需要继承Animal类，并重写makeSound函数。这样可以大大简化代码，提高其可扩展性。

为什么使用多态？

代码的可扩展性：只需要添加新的子类，并实现或重写其方法，而无需修改现有的代码。
代码的可维护性：使用多态可以简化代码，因为所有的动物都使用同一个接口。
代码的灵活性：我们可以动态地在运行时确定对象的实际类型，并根据实际类型执行相应的操作。

总之，多态使得我们能够编写更为灵活、可扩展和可维护的代码。

在完成相似功能时，又不想重复造轮子的话就使用多态
多态主要体现在以下几点：

代码复用：如果有很多类都有类似的功能，那么可以使用多态来实现代码复用。例如，你可以有一个接口或基类Shape，并有多个派生类如Circle、Rectangle等。每个派生类都有自己的实现，但他们都可以通过Shape接口进行访问。
扩展性：使用多态，如果需要添加一个新的类（例如，添加一个Triangle类），你只需要添加这个新类的实现，而不需要修改已有的代码。
灵活性：多态允许你在运行时更改对象的行为。例如，你可以根据需要在运行时切换不同的算法或策略。
解耦：多态通过提供一个接口或基类来隔离不同的实现，这有助于分离关注点，并使系统各部分之间的依赖降到最低。