C++ 中的多态性

"多态性"一词表示具有多种形式。通常，当类具有层次结构且它们通过继承关联时，就会出现多态性。

C++ 多态性意味着对成员函数的调用将导致执行不同的函数，具体取决于调用该函数的对象类型。

考虑以下示例，其中一个基类由另外两个类派生 -

#include <iostream> 
using namespace std;
 
class Shape {
   protected:
      int width, height;
      
   public:
      Shape( int a = 0, int b = 0){
         width = a;
         height = b;
      }
      int area() {
         cout << "Parent class area :" << width * height << endl;
         return width * height;
      }
};
class Rectangle: public Shape {
   public:
      Rectangle( int a = 0, int b = 0):Shape(a, b) { }
      
      int area () { 
         cout << "Rectangle class area :" << width * height << endl;
         return (width * height); 
      }
};

class Triangle: public Shape {
   public:
      Triangle( int a = 0, int b = 0):Shape(a, b) { }
      
      int area () { 
         cout << "Triangle class area :" << (width * height)/2 << endl;
         return (width * height / 2); 
      }
};

// 程序的主函数
int main() {
    Shape *shape;
    Rectangle rec(10,7);
    Triangle tri(10,5);
    
    // 存储 Rectangle 的地址
    shape = &rec;
    
    // 调用矩形 area。
    shape->area();
    
    // 存储 Triangle 的地址
    shape = &tri;
    
    // 调用三角形 area。
    shape->area();
    
    return 0;
}

当编译并执行上述代码时，它会产生以下结果 -

Parent class area :70
Parent class area :50

输出错误的原因是，函数 area() 的调用被编译器设置为基类中定义的版本。这被称为函数调用的静态解析，或静态链接——函数调用在程序执行之前就已确定。有时，这也被称为早期绑定，因为 area() 函数是在程序编译期间设置的。

现在，让我们对程序稍作修改，在 Shape 类中 area() 的声明前加上关键字 virtual，使其如下所示 -

#include <iostream>
using namespace std;

class Shape {
   protected:
      int width, height;

   public:
      Shape( int a = 0, int b = 0){
         width = a;
         height = b;
      }
      virtual int area() {
         cout << "Parent class area :" << width * height << endl;
         return width * height;
      }
};
class Rectangle: public Shape {
   public:
      Rectangle( int a = 0, int b = 0):Shape(a, b) { }

      int area () {
         cout << "Rectangle class area :" << width * height << endl;
         return (width * height);
      }
};

class Triangle: public Shape {
   public:
      Triangle( int a = 0, int b = 0):Shape(a, b) { }

      int area () {
         cout << "Triangle class area :" << (width * height)/2 << endl;
         return (width * height / 2);
      }
};

// 程序的主函数
int main() {
    Shape *shape;
    Rectangle rec(10,7);
    Triangle tri(10,5);
    
    // 存储 Rectangle 的地址
    shape = &rec;
    
    // 调用矩形 area。
    shape->area();
    
    // 存储 Triangle 的地址
    shape = &tri;
    
    // 调用三角形 area。
    shape->area();
    
    return 0;
}

经过这一小段修改后，当编译并执行前面的示例代码时，它会产生以下结果 -

Rectangle class area :70
Triangle class area :25

这次，编译器会查看指针的内容，而不是它的类型。因此，由于 tri 和 rec 类对象的地址存储在 *shape 中，因此会调用相应的 area() 函数。

如您所见，每个子类都有各自的 area() 函数实现。这就是多态性的一般用法。不同的类具有相同名称的函数，甚至相同的参数，但实现不同。

虚函数

虚函数是基类中使用关键字 virtual 声明的函数。在基类中定义一个虚函数，而在派生类中定义另一个版本，会向编译器发出信号，表明我们不希望该函数与静态链接。

我们真正想要的是在程序中任何给定位置，根据调用该函数的对象类型来选择要调用的函数。这种操作称为动态链接，或后期绑定。

纯虚函数

您可能希望在基类中包含一个虚函数，以便可以在派生类中重新定义该函数以适应该类的对象，但您无法在基类中为该函数提供任何有意义的定义。

我们可以将基类中的虚函数 area() 更改为以下内容 -

class Shape {
   protected:
      int width, height;

   public:
      Shape(int a = 0, int b = 0) {
         width = a;
         height = b;
      }
      
      // 纯虚函数
      virtual int area() = 0;
};

= 0 告诉编译器该函数没有函数体，上述虚函数将被称为纯虚函数。