C++学习22 多态的概念及前提条件

Posted 2020-08-04 白宫飘红旗

在《C++基类和派生类的赋值》一节中讲到，基类的指针也可以指向派生类对象。请看下面的例子：

 

#include <iostream>
using namespace std;
class People{
protected:
    char *name;
public:
    People(char *name):name(name){}
    void display(){ cout<<"People: "<<name<<endl;}
};
class Student: public People{
public:
    Student(char *name):People(name){}
    void display(){ cout<<"Student: "<<name<<endl;}
};
int main(){
    People *p = new People("Xiao Ming");
    p->display();
    p = new Student("Li Lei");
    p->display();
    return 0;
}

 运行结果：
People: Xiao Ming
People: Li Lei

我们通常认为，如果指针指向了派生类对象，那么就应该使用派生类的成员变量和成员函数，这符合人们的思维习惯。

但是本例的运行结果却告诉我们：当基类指针 p 指向派生类 Student 的对象时，虽然使用了 Student 的成员变量，但是却没有使用它的成员函数，造成输出结果不伦不类，不符合我们的预期。

 

如果希望通过 p 指针访问 Student 类的成员函数，可以将该成员函数声明为虚函数，请看下面的代码：

#include <iostream>
using namespace std;
class People{
protected:
    char *name;
public:
    People(char *name):name(name){}
    //加virtual关键字声明为虚函数
    virtual void display(){ cout<<"People: "<<name<<endl;}
};
class Student: public People{
public:
    Student(char *name):People(name){}
    //加virtual关键字声明为虚函数
    virtual void display(){ cout<<"Student: "<<name<<endl;}
};
int main(){
    People *p = new People("Xiao Ming");
    p->display();
    p = new Student("Li Lei");
    p->display();
    return 0;
}

运行结果：
People: Xiao Ming
Student: Li Lei

与上面的代码相比，这段代码仅仅是在 display() 函数声明前加了一个 virtual 关键字，将成员函数声明为了虚函数（Virtual Function）。这样，就可以通过 p 指针调用 Student 类的成员函数了，运行结果也证明了这一点。

借助虚函数，基类指针既可以使用基类的成员函数，也可以使用派生类的成员函数，它有多种形态，或多种表现方式，这就是多态（Polymorphism）。

上面的代码中，同样是p->display();这条语句，当 p 指向不同的对象时，它执行的操作是不一样的。同一条语句可以执行不同的操作，看起来有不同表现方式，这就是多态

多态是面向对象的主要特征之一。在C++中，虚函数的唯一用处就是构成多态。

C++提供多态的目的是：可以通过基类指针对所有派生类（包括直接派生和间接派生）的成员变量和成员函数进行“全方位”的访问，尤其是成员函数。如果没有多态，我们只能访问成员变量。

构成多态的条件

多态存在的三个条件：

• 必须存在继承关系；
• 继承关系中必须有同名的虚函数，并且它们是覆盖关系（重载不行）。
• 存在基类的指针，通过该指针调用虚函数。

注意：派生类中的虚函数必须覆盖（不是重载）基类中的虚函数，才能通过基类指针访问。请看下面的代码：

#include <iostream>
using namespace std;
class Base{
public:
    void a(){ cout<<"Base::a()"<<endl; }
    virtual void b(){ cout<<"Base::b()"<<endl; }
    virtual void c(){ cout<<"Base::c()"<<endl; }
};
class Derived: public Base{
public:
    //覆盖基类普通成员函数，不构成多态
    void a(){ cout<<"Derived::a()"<<endl; }
    //覆盖基类虚函数，构成多态
    virtual void b(){ cout<<"Derived::b()"<<endl; }
    //重载基类虚函数，不构成多态
    virtual void c(int n){ cout<<"Derived::c()"<<endl; }
    //派生类新增函数
    int d(){ cout<<"Derived::d()"<<endl; }
};
int main(){
    Base *p = new Derived;
    p -> a();
    p -> b();
    p -> c(0);  //Compile Error
    p -> d();  //Compile Error
    return 0;
}