“面向对象多态c++ - 多态性,静态联编,动态联编,虚函数,纯虚函数,抽象类,赋值兼容规则”
面向对象编程中的多态性是一个核心概念,它允许程序设计更加灵活和可扩展。在C++中,多态性体现在一个消息(如函数调用)可以由不同的对象处理,即使这些对象可能属于同一个基类的不同派生类。这种能力使得代码能够以类型无关的方式进行编写,提高了代码的重用性和模块化。
1. 静态联编与动态联编:
静态联编(Static Binding)是在编译期间完成的,也称为早期绑定。它根据函数调用时的类型信息确定调用哪个函数。而在C++中,非虚函数的调用就是静态联编的例子。
动态联编(Dynamic Binding)则发生在运行时,也称为晚期绑定。这通常与虚函数(virtual functions)相关,程序会根据对象的实际类型而非变量声明的类型来决定调用哪个函数。这种机制使得多态性成为可能。
2. 虚函数(Virtual Functions):
C++中的虚函数是实现多态的关键。通过在基类中声明虚函数,可以确保通过基类指针或引用调用该函数时,实际执行的是派生类中的重定义版本。例如,`void f()` 在基类中声明为虚函数后,无论`Bb.f();`还是`Dd.f();`都会调用各自类中的`f()`实现。
3. 纯虚函数与抽象类:
纯虚函数(Pure Virtual Functions)是在基类中声明但没有具体实现的虚函数,其形式为`virtual void func() = 0;`。含有纯虚函数的类称为抽象类,不能实例化,但可以作为其他类的基类。抽象类用于定义接口,规定派生类必须实现这些函数。
4. 赋值兼容规则:
C++允许派生类的对象赋值给基类对象、初始化基类引用以及赋值给基类指针。这种兼容性使得基类指针或引用可以指向派生类对象,从而支持多态调用。这符合里氏替换原则(Liskov Substitution Principle),即派生类对象可以在所有基类适用的场景下替代基类对象。
5. 具体应用示例:
比如,`fun` 函数接受一个 `A` 类型的对象引用,无论是 `A` 类的对象还是 `B` 类的对象(`B` 继承自 `A`)都可以传递给 `fun`。在函数内部,通过调用 `ptr.displayname();`,`displayname` 被动态地解析为调用实际对象所属类的版本,即可能是 `A` 的 `displayname` 或 `B` 的 `displayname`。
6. 好处:
多态性的主要优点在于代码的通用性和灵活性。它可以减少重复代码,提高代码复用,使得程序设计更加模块化。此外,多态使得代码对类的扩展友好,新添加的派生类无需修改原有代码即可正常工作,符合开闭原则(Open-Closed Principle)。
7. 类 `A` 和 `B` 的扩展:
类 `A` 有一个成员变量 `i` 和一个显示成员变量的方法 `display`,而类 `B` 继承自 `A` 并添加了一个新的成员变量 `j` 和方法 `otherfun`。尽管 `B` 类增加了额外的功能,但它仍然可以像 `A` 类一样被处理,这就是多态性的体现。
多态性是面向对象编程的重要特性,它增强了代码的灵活性、可扩展性和可维护性,是C++等面向对象语言的核心优势之一。通过理解和熟练运用多态,开发者可以编写出更高效、易于维护的程序。