零点起飞学C之灵活的代码-多态

零点起飞学C之灵活的代码-多态目录CONTENCT多态基本概念与原理函数重载实现多态虚函数与纯虚函数实现多态类继承关系中的多态现象模板编程与泛型编程中的多态总结回顾与拓展延伸01多态基本概念与原理定义作用多态定义及作用多态是面向对象程序设计中的一个重要特征，它允许我们使用父类类型的指针或引用来调用子类对象的方法，从而实现代码的灵活性和可扩展性。多态可以提高代码的可读性和可维护性，降低代码的耦合度，使得程序更加易于扩展和修改。同时，多态也是实现设计模式的基础之一，如工厂模式、策略模式等。继承方法重写父类引用指向子类对象多态必须建立在继承的基础上，子类继承父类的方法并重写或实现新的方法。子类必须重写父类的方法，使得子类的方法与父类的方法具有相同的方法名和参数列表，但具有不同的实现。在程序中，必须使用父类类型的引用或指针来指向子类对象，才能调用子类的方法实现多态。实现多态的条件也称为静态多态或早期绑定，是指在编译时期就能确定方法调用的具体实现。编译时多态主要通过方法重载和模板实现。编译时多态也称为动态多态或晚期绑定，是指在程序运行时期才能确定方法调用的具体实现。运行时多态主要通过方法重写和接口实现。在Java中，运行时多态通过虚方法表和接口表来实现。当一个父类引用指向一个子类对象时，如果调用的是被子类重写的方法，那么JVM会通过虚方法表找到子类的方法实现进行调用。运行时多态编译时多态与运行时多态02函数重载实现多态函数名相同，参数列表不同函数重载原理编译器根据参数类型和数量的不同来区分不同的函数。编译时多态函数重载在编译时就已经确定，因此也称为编译时多态。函数重载的实现是通过静态绑定完成的，即在编译阶段就已经将函数调用与函数体进行绑定。静态绑定80%80%100%示例：运算符重载实现多态通过重新定义运算符的行为，使其可以作用于自定义数据类型。在类中定义与运算符对应的成员函数或非成员函数，以实现运算符的重载。通过运算符重载实现两个自定义类型的对象的加法运算。运算符重载定义实现方式示例代码注意事项与优缺点分析避免二义性在函数重载时要确保每个函数的参数列表具有独特性，以避免出现二义性。保持一致性在重载运算符时要保持其行为的一致性，不要改变运算符原有的语义。考虑性能：虽然函数重载可以提高代码的灵活性和可读性，但过多的重载可能会影响程序的性能。注意事项与优缺点分析通过函数重载可以使用相同的函数名来表示不同的功能，使代码更加简洁易读。提高代码的可读性和可维护性通过函数重载可以避免编写大量相似的函数，提高代码的复用率。实现代码的复用注意事项与优缺点分析注意事项与优缺点分析支持多态性：函数重载是实现多态的一种方式，可以提高程序的灵活性和可扩展性。VS由于函数重载需要在编译时进行类型检查和匹配，因此可能会增加编译器的负担和编译时间。可能引发二义性如果函数重载不当或参数类型相似，可能会引发二义性，导致编译错误或运行异常。可能增加编译器的负担注意事项与优缺点分析03虚函数与纯虚函数实现多态虚函数定义虚函数使用动态绑定虚函数定义及使用在派生类中，可以重写基类的虚函数，以实现多态行为。当通过基类指针或引用调用该函数时，将根据实际对象类型调用相应的函数。虚函数的实现依赖于动态绑定机制，即在运行时确定调用哪个函数。这要求使用基类指针或引用访问派生类对象。在基类中，使用关键字`virtual`修饰的成员函数称为虚函数。纯虚函数及抽象类概念纯虚函数必须在派生类中被重写，而虚函数可以不被重写。抽象类不能实例化，而非抽象类可以。纯虚函数与虚函数的区别在基类中声明的虚函数，如果在基类中没有实现（即函数体为`=0`），则称为纯虚函数。纯虚函数定义包含纯虚函数的类称为抽象类。抽象类不能被实例化，只能作为其他类的基类。派生类必须实现抽象类中的所有纯虚函数，才能被实例化。抽象类概念定义基类`Shape`和派生类`Circle`、`Rectangle`，并在基类中定义虚函数`draw()`。在派生类中重写`draw()`函数，以实现不同形状的绘制逻辑。创建一个`Shape`类型的指针数组，并分别指向`Circle`和`Rectangle`对象。示例：利用虚函数实现多态示例：利用虚函数实现多态通过循环遍历数组，并调用每个对象的draw()函数，观察多态行为。```cppusingnamespacestd;示例：利用虚函数实现多态classShape{示例：利用虚函数实现多态010203publicvirtualvoiddraw(){cout<<"Drawingashape..."<<endl;示例：利用虚函数实现多态03classCircle:publicShape{01}02};示例：利用虚函数实现多态publiccout<<"Drawingacircle..."<<endl;voiddraw()override{示例：利用虚函数实现多态示例：利用虚函数实现多态010203};classRectangle:publicShape{}示例：利用虚函数实现多态01public02voiddraw()override{cout<<"Drawingarectangle..."<<endl;03010203}};intmain(){示例：利用虚函数实现多态示例：利用虚函数实现多态Shape*shapes[2];shapes[0]=newCircle();shapes[1]=newRectangle();for(inti=0;i<2;i){shapes[i]->draw();//多态行为：根据实际对象类型调用相应的函数示例：利用虚函数实现多态示例：利用虚函数实现多态01}02deleteshapes[0];03deleteshapes[1];示例：利用虚函数实现多态return0;}```示例：利用虚函数实现多态04类继承关系中的多态现象子类覆盖父类方法实现多态子类覆盖父类方法时，访问修饰符不能比父类中被覆盖的方法的访问级别更低。访问修饰符子类可以覆盖（重写）父类中的方法，使得在调用该方法时，实际执行的是子类中的实现。方法覆盖（Override）在运行时，根据对象的实际类型来调用相应的方法，实现多态。动态绑定（DynamicBinding）向下转型（Downcasting）将父类类型的引用强制转换为子类类型，需要显式进行类型转换，且可能引发`ClassCastException`异常。类型检查在进行向下转型前，最好使用`instanceof`运算符进行类型检查，以确保转换的安全性。向上转型（Upcasting）将子类的对象赋值给父类类型的引用，可以自动进行类型转换。向上转型和向下转型操作示例：继承关系中多态应用动物类（Animal）作为父类，具有叫（shout）的行为。02猫类（Cat）和狗类（Dog）作为子类，分别覆盖父类的叫（shout）方法，实现各自特有的叫声。03在主程序中，通过创建动物类引用指向猫类和狗类对象，并调用叫（shout）方法，观察多态现象。01classAnimal{publicvoidshout(){```java示例：继承关系中多态应用示例：继承关系中多态应用}}classCatextendsAnimal{010203示例：继承关系中多态应用示例：继承关系中多态应用030201@Overridepublicvoidshout(){System.out.println("Catmeows");}}classDogextendsAnimal{010203示例：继承关系中多态应用示例：继承关系中多态应用010203@Overridepublicvoidshout(){System.out.println("Dogbarks");示例：继承关系中多态应用}}publicclassMain{publicstaticvoidmain(String[]args){Animalanimal1=newCat();//向上转型Animalanimal2=newDog();//向上转型示例：继承关系中多态应用animal1.shout();//输出"Catmeows"animal2.shout();//输出"Dogbarks"//向下转型示例（需要类型检查）示例：继承关系中多态应用if(animal1instanceofCat){Catcat=(Cat)animal1;cat.shout();//输出"Catmeows"示例：继承关系中多态应用02030401示例：继承关系中多态应用}}}```05模板编程与泛型编程中的多态模板编程简介及优势模板编程是一种编程范式，它允许程序员编写与数据类型无关的代码。通过使用模板，可以为多种数据类型编写通用的算法或数据结构，提高代码的重用性和可维护性。模板编程的优势在于其灵活性和高效性。它可以根据实际数据类型进行编译时优化，生成针对特定数据类型的代码，从而提高运行效率。VS泛型编程是一种编程范式，旨在编写与具体数据类型无关的代码。C中的模板是泛型编程的重要工具，它允许程序员编写适用于多种数据类型的通用代码。C中的泛型编程思想体现在STL（标准模板库）中，STL提供了一系列通用的算法和数据结构，如vector、list、map等，这些算法和数据结构都是基于模板实现的，可以适用于各种数据类型。泛型编程思想在C中体现通过使用模板，可以实现类似于多态的效果。例如，可以定义一个模板函数，该函数接受不同类型的参数，并根据参数类型执行不同的操作。下面是一个简单的示例，展示了如何使用模板实现多态效果示例：模板实现多态效果要点三```cpp要点一要点二usingnamespacestd;template<typenameT>要点三示例：模板实现多态效果示例：模板实现多态效果classAnimal{示例：模板实现多态效果virtualvoidspeak(){publiccout<<"Animalspeaks"<<endl;}};template<typenameT>示例：模板实现多态效果classDog:publicAnimal{示例：模板实现多态效果publicvoidspeak()override{cout<<"Dogbarks"<<endl;010203示例：模板实现多态效果template<typenameT>}};示例：模板实现多态效果示例：模板实现多态效果classCat:publicAnimal{publicvoidspeak()override{cout<<"Catmeows"<<endl;示例：模板实现多态效果}};template<typenameT>示例：模板实现多态效果示例：模板实现多态效果voidanimalSpeak(Animal*animal){animal->speak();示例：模板实现多态效果010203}intmain(){Dog<int>dog;示例：模板实现多态效果Cat<float>cat;animalSpeak(&cat);//输出"Catmeows"animalSpeak(&dog);//输出"Dogbarks"示例：模板实现多态效果示例：模板实现多态效果return0;123}```在上面的示例中，我们定义了一个Animal类模板和两个继承自Animal的子类模板Dog和Cat。每个子类都重写了speak()方法以实现不同的行为。我们还定义了一个animalSpeak()函数模板，该函数接受一个Animal指针作为参数，并调用其speak()方法。在主函数中，我们创建了一个Dog对象和一个Cat对象，并分别调用animalSpeak()函数来观察多态效果。示例：模板实现多态效果06总结回顾与拓展延伸010203多态的概念多态是面向对象编程中的一个重要特征，它允许使用父类类型的指针或引用来引用子类的对象，从而实现代码的灵活性和可扩展性。虚函数与纯虚函数在C中，通过使用虚函数和纯虚函数来实现多态。虚函数是在基类中声明并使用关键字`virtual`修饰的成员函数，它在派生类中可以被重写。纯虚函数是一种特殊的虚函数，它在基类中声明但没有定义，要求派生类必须提供实现。动态绑定与运行时类型识别多态的实现依赖于动态绑定和