《深入理解多态》课件

深入理解多态多态性是面向对象编程的重要概念之一。它允许对象以不同的方式响应相同的请求。多态概述多种形式多态允许同一个接口、同一函数调用，执行不同的行为，从而实现代码复用和灵活性。面向对象多态是面向对象编程的重要特性之一，它与继承、封装相辅相成，为程序设计提供了一种强大而灵活的机制。代码可扩展性通过多态，可以方便地添加新的功能，而无需修改现有的代码。多态的定义面向对象编程的重要概念多态是指同一操作作用于不同类型的对象，产生不同的行为，实现代码的灵活性和可扩展性。代码复用通过多态，可以避免编写大量的重复代码，提高代码的效率和可维护性。运行时决定方法调用在多态中，方法的调用是通过动态绑定来完成的，即在运行时根据对象的实际类型来确定调用哪个方法。多态的特点灵活性多态性允许程序使用不同的对象以相同的方式进行操作。这提供了代码的灵活性，并在开发过程中提供更多选择。可扩展性多态性使代码易于扩展，因为它可以轻松地添加新的类型。即使在添加新类型后，现有代码也不需要更改。可维护性多态性有助于提高代码的可维护性，因为它简化了代码结构。使用多态性可以减少代码重复，并使代码更易于理解和修改。代码重用通过使用多态性，可以重用相同的代码来处理不同类型的对象。这有助于减少代码冗余，并提高代码效率。多态的优点代码简洁清晰多态可以减少代码冗余，使代码结构更加清晰易懂。代码可扩展性强通过增加新的子类，可以轻松地扩展代码的功能，无需修改原有代码。代码维护更方便多态可以将代码的修改集中在子类中，简化了代码维护工作。代码灵活性高多态允许程序根据运行时的实际情况选择不同的执行路径，提高代码的灵活性。多态的应用场景11.面向对象编程多态是面向对象编程的核心概念之一。它简化了代码，提高了可维护性。22.代码复用通过多态，可以重复使用相同代码，但针对不同的对象类型执行不同的操作。33.设计模式许多设计模式，如策略模式、模板方法模式，都利用了多态的特性。44.框架开发框架通常使用多态来实现灵活性和可扩展性，允许开发者定制功能。继承与多态11.继承继承是面向对象编程的核心概念之一，允许创建新的类（子类）基于现有的类（父类）。22.多态性多态性是指同一操作在不同的对象上可以有不同的行为表现，继承是实现多态性的基础。33.实现通过子类重写父类的方法，在运行时根据对象的实际类型选择执行哪个方法。方法重载与方法重写方法重载在同一个类中，方法名相同，参数列表不同（参数类型或参数个数不同），返回值类型可以相同也可以不同。方法重写子类中定义与父类方法名、参数列表完全相同的方法，返回值类型可以相同也可以不同。重载示例定义多个相同方法名的add方法，但参数列表不同。重写示例子类继承父类并重写父类中的print方法。抽象类与接口抽象类抽象类是不能被实例化的类。抽象类可以包含抽象方法和非抽象方法。接口接口是完全抽象的，不能包含任何非抽象方法。接口中的所有方法都是抽象方法，需要由实现接口的类来实现。接口与抽象类的区别抽象类抽象类不能实例化，但可以包含抽象方法和非抽象方法。接口接口不能包含方法的实现，只能包含方法的声明。关键区别抽象类可以包含属性，接口只能包含常量。向上转型与向下转型向上转型将子类对象赋值给父类引用，称为向上转型。子类对象可以安全地转换为父类引用，因为子类包含父类所有成员变量和方法。向下转型将父类引用转换为子类引用，称为向下转型。需要使用强制类型转换运算符，但存在类型转换异常风险，需要谨慎使用。向上转型向上转型是安全的，因为子类包含父类所有成员变量和方法。代码简洁，提高代码可读性。向下转型向下转型需要判断父类引用是否指向子类对象，才能安全地进行类型转换，以访问子类特有成员变量和方法。对象类型判断类型信息使用`instanceof`运算符，判断一个对象是否属于某个特定类型，例如，`objinstanceofAnimal`。类信息使用`getClass()`方法获取对象的运行时类型，例如，`obj.getClass()`。通用判断使用`Object`类的`isInstance()`方法，判断一个对象是否属于某个类或接口，例如，`Animal.class.isInstance(obj)`。虚函数与虚函数表虚函数在类中，被声明为virtual的成员函数被称为虚函数，虚函数用于实现运行时多态。当子类继承父类并重写父类的虚函数时，程序会根据对象的实际类型调用相应函数。虚函数表虚函数表是一个存储指向虚函数地址的表格，每个类都有一个虚函数表。当调用一个虚函数时，程序会通过虚函数表找到该函数的实际地址并执行。纯虚函数与抽象类抽象类抽象类是不能被实例化的类。它包含一个或多个纯虚函数，这些函数没有具体的实现。纯虚函数纯虚函数用"=0"来声明，没有具体的实现，需要在派生类中重写。继承抽象类只能被继承，不能直接创建对象。派生类必须实现所有纯虚函数。多态实现机制1编译时静态绑定2运行时动态绑定3虚函数表查找方法地址多态在编译时和运行时采用不同的机制。编译时进行静态绑定，直接确定调用哪个方法。运行时进行动态绑定，在运行时通过虚函数表查找方法地址，实现多态行为。静态绑定与动态绑定静态绑定在编译时确定方法调用，绑定具体方法。调用时，程序直接调用该方法。动态绑定在运行时确定方法调用，绑定具体方法。程序根据对象类型动态选择方法。动态绑定的工作原理1编译阶段编译器无法确定要调用哪个方法，因为实际类型未知。2运行阶段虚拟机通过对象的实际类型找到对应的方法。3虚函数表每个类都有一个虚函数表，存储了每个虚函数的地址。虚拟机根据对象的实际类型，从其虚函数表中获取对应方法的地址，并执行该方法。虚函数调用过程1编译阶段编译器无法确定调用哪个函数，因为最终执行的函数取决于对象类型，而这在编译时是未知的。2运行阶段程序运行时，根据对象的实际类型，动态查找虚函数表中对应函数的地址，并调用该函数。3函数调用通过虚函数指针找到实际函数的地址，并执行该函数，从而实现多态机制。多态的编译原理11.编译阶段编译器无法确定调用哪个具体方法。22.虚函数表编译器为每个类创建虚函数表，存储虚函数地址。33.运行阶段程序运行时，根据对象的实际类型找到虚函数表，调用对应函数。44.静态绑定非虚函数在编译阶段确定调用函数，而虚函数在运行时确定。多态的设计模式应用策略模式定义一系列算法，并将每个算法封装起来，使它们可以相互替换工厂模式定义一个创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类观察者模式定义对象之间的一对多依赖，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都会得到通知单一职责原则概念一个类或模块应该只负责一个功能领域。每个类或模块应该有且只有一个引起它变化的原因。好处提高代码的可维护性、可测试性和可复用性。降低代码的耦合度，使代码更容易理解和修改。开放封闭原则对扩展开放系统应该易于扩展新功能，无需修改现有代码。对修改封闭系统应该避免修改现有代码以添加新功能。里氏替换原则11.子类可以替换父类在程序中，可以用子类对象替换父类对象，而不影响程序的正常运行。22.保持代码的稳定性里氏替换原则确保了程序的扩展性，可以更容易地添加新的子类，而不会破坏原有的代码结构。33.提高代码的可维护性通过使用子类来扩展功能，可以提高代码的可读性和可维护性。44.减少代码的复杂性通过使用子类来封装不同的实现细节，可以降低代码的复杂度。依赖倒置原则高层依赖高层模块不应该依赖于低层模块，两者都应该依赖于抽象。抽象依赖抽象不应该依赖于细节，细节应该依赖于抽象。可维护性通过依赖抽象，代码更易于维护和扩展，降低耦合度。接口隔离原则最小接口每个接口应该只包含客户需要的操作，避免定义过大的接口。降低耦合通过使用多个小的接口，减少客户端对特定接口的依赖，从而降低耦合度。灵活性实现类可以只实现需要的接口，而不是被迫实现所有方法，提高灵活性和可维护性。合成复用原则组合和聚合合成复用原则通过组合或聚合的方式将已有的对象或类进行组合，以实现新的功能。组合关系是“has-a”关系，聚合关系是“uses-a”关系，它们都强调了对象之间的依赖关系，而非继承关系。避免继承带来的问题合成复用原则避免了继承带来的弊端，例如：继承关系过于紧密，子类依赖于父类的实现，不利于代码的维护和扩展。合成复用原则更灵活，可以根据需要选择不同的组合方式，实现更灵活的功能扩展。多态在集合中的应用通用容器多态性允许将不同类型的对象存储在同一个集合中，例如使用ArrayList存储各种类型的对象，然后通过迭代器访问它们。统一操作利用多态，可以使用相同的代码操作不同类型的对象，例如使用List接口定义通用的方法，而无需关心具体的类型。灵活处理通过多态，可以在集合中使用不同的算法和操作，例如排序、过滤、查找等，而不必针对不同的类型编写单独的代码。类型安全多态与泛型结合，可以确保集合元素类型的一致性，避免类型错误，提高代码的安全性。多态在反射中的应用动态类型获取反射机制允许在运行时获取对象的类型信息，即使该类型在编译时未知。动态方法调用通过反射可以动态地调用对象的方法，即使这些方法在编译时不可用。类型转换与实例化反射可以动态地将对象转换为其他类型，并在运行时创建新的实例。元数据访问反射可以访问类、方法、字段等成员的元数据信息，例如修饰符、名称、返回值类型等。多态在泛型中的应用1类型安