多态性與虛函數（筆記）

• 一、C++多态的概念以及用途
• • 簡而言之：(指向基類的指針，指向派生類時，無法通路派生類的成員函數，而借助聲明虛函數，可以實作基類指針指向派生類時，通路派生類的成員函數，進而有了多态)
• 二、C++虛函數詳解
• 三、C++純虛函數和抽象類

一、C++多态的概念以及用途

簡而言之：(指向基類的指針，指向派生類時，無法通路派生類的成員函數，而借助聲明虛函數，可以實作基類指針指向派生類時，通路派生類的成員函數，進而有了多态)

• 基類的指針也可以指向派生類對象，請看下面的例子：

#include <iostream>
using namespace std;

//基類People
class People{
public:
    People(char *name, int age);
    void display();
protected:
    char *m_name;
    int m_age;
};
People::People(char *name, int age): m_name(name), m_age(age){}
void People::display(){
    cout<<m_name<<"今年"<<m_age<<"歲了，是個無業遊民。"<<endl;
}

//派生類Teacher
class Teacher: public People{
public:
    Teacher(char *name, int age, int salary);
    void display();
private:
    int m_salary;
};
Teacher::Teacher(char *name, int age, int salary): People(name, age), m_salary(salary){}
void Teacher::display(){
    cout<<m_name<<"今年"<<m_age<<"歲了，是一名教師，每月有"<<m_salary<<"元的收入。"<<endl;
}

int main(){
    People *p = new People("王志剛", 23);
    p -> display();

    p = new Teacher("趙宏佳", 45, 8200);
    p -> display();

    return 0;
}
           

運作結果：

王志剛今年23歲了，是個無業遊民。

趙宏佳今年45歲了，是個無業遊民。

當基類指針 p 指向派生類 Teacher 的對象時，雖然使用了 Teacher 的成員變量，但是卻沒有使用它的成員函數，導緻輸出結果不倫不類（趙宏佳本來是一名老師，輸出結果卻顯示人家是個無業遊民），不符合我們的預期。

• 換句話說，通過基類指針隻能通路派生類的成員變量，但是不能通路派生類的成員函數。
• 為了消除這種尴尬，讓基類指針能夠通路派生類的成員函數，C++ 增加了虛函數（Virtual Function）。使用虛函數非常簡單，隻需要在函數聲明前面增加 virtual 關鍵字。

更改上面的代碼，将 display() 聲明為虛函數：

//基類People
class People{
public:
    People(char *name, int age);
    virtual void display();  //聲明為虛函數
protected:
    char *m_name;
    int m_age;
};
           

運作結果：

王志剛今年23歲了，是個無業遊民。

趙宏佳今年45歲了，是一名教師，每月有8200元的收入。

• 有了虛函數，基類指針指向基類對象時就使用基類的成員（包括成員函數和成員變量），指向派生類對象時就使用派生類的成員。 換句話說，基類指針可以按照基類的方式來做事，也可以按照派生類的方式來做事，它有多種形态， 或者說有多種表現方式，我們将這種現象稱為多态（Polymorphism）。
• C++提供多态的目的是：可以通過基類指針對所有派生類（包括直接派生和間接派生）的成員變量和成員函數進行“全方位”的通路，尤其是成員函數。如果沒有多态，我們隻能通路成員變量。

二、C++虛函數詳解

虛函數對于多态具有決定性的作用，有虛函數才能構成多态，重點說一下虛函數的注意事項。

• 1.隻需要在虛函數的聲明處加上 virtual 關鍵字，函數定義處可以加也可以不加。
• 2.為了友善，你可以隻将基類中的函數聲明為虛函數，這樣所有派生類中具有遮蔽（覆寫）關系的同名函數都将自動成為虛函數。
• 3.當在基類中定義了虛函數時，如果派生類沒有定義新的函數來遮蔽此函數，那麼将使用基類的虛函數。

• 4.隻有派生類的虛函數遮蔽基類的虛函數（函數原型相同）才能構成多态（通過基類指針通路派生類函數）。

  例如基類虛函數的原型為virtual void func();，派生類虛函數的原型為virtual void func(int);，那麼當基類指針 p 指向派生類對象時，語句p -> func(100);将會出錯，而語句p -> func();将調用基類的函數。

• 5.構造函數不能是虛函數。 對于基類的構造函數，它僅僅是在派生類構造函數中被調用，這種機制不同于繼承。也就是說，派生類不繼承基類的構造函數，将構造函數聲明為虛函數沒有什麼意義。
• 6.析構函數可以聲明為虛函數;

三、C++純虛函數和抽象類

在C++中，可以将虛函數聲明為純虛函數，文法格式為：

virtual 傳回值類型 函數名 (函數參數) = 0;

純虛函數沒有函數體，隻有函數聲明，在虛函數聲明的結尾加上=0，表明此函數為純虛函數。

最後的=0并不表示函數傳回值為0，它隻起形式上的作用，告訴編譯系統“這是純虛函數”。

• 包含純虛函數的類稱為抽象類（Abstract Class）。之是以說它抽象，是因為它無法執行個體化，也就是無法建立對象。原因很明顯，純虛函數沒有函數體，不是完整的函數，無法調用，也無法為其配置設定記憶體空間。
• 抽象類通常是作為基類，讓派生類去實作純虛函數。 派生類必須實作純虛函數才能被執行個體化。
• 抽象基類除了限制派生類的功能，還可以實作多态。請注意第 51 行代碼，指針 p 的類型是 Line，但是它卻可以通路派生類中的 area() 和 volume() 函數，正是由于在 Line 類中将這兩個函數定義為純虛函數；如果不這樣做，51 行後面的代碼都是錯誤的。，

#include <iostream>
using namespace std;

//線
class Line{
public:
    Line(float len);
    virtual float area() = 0;
    virtual float volume() = 0;
protected:
    float m_len;
};
Line::Line(float len): m_len(len){ }

//矩形
class Rec: public Line{
public:
    Rec(float len, float width);
    float area();
protected:
    float m_width;
};
Rec::Rec(float len, float width): Line(len), m_width(width){ }
float Rec::area(){ return m_len * m_width; }

//長方體
class Cuboid: public Rec{
public:
    Cuboid(float len, float width, float height);
    float area();
    float volume();
protected:
    float m_height;
};
Cuboid::Cuboid(float len, float width, float height): Rec(len, width), m_height(height){ }
float Cuboid::area(){ return 2 * ( m_len*m_width + m_len*m_height + m_width*m_height); }
float Cuboid::volume(){ return m_len * m_width * m_height; }

//正方體
class Cube: public Cuboid{
public:
    Cube(float len);
    float area();
    float volume();
};
Cube::Cube(float len): Cuboid(len, len, len){ }
float Cube::area(){ return 6 * m_len * m_len; }
float Cube::volume(){ return m_len * m_len * m_len; }

int main(){
    Line *p = new Cuboid(10, 20, 30);
    cout<<"The area of Cuboid is "<<p->area()<<endl;
    cout<<"The volume of Cuboid is "<<p->volume()<<endl;
  
    p = new Cube(15);
    cout<<"The area of Cube is "<<p->area()<<endl;
    cout<<"The volume of Cube is "<<p->volume()<<endl;

    return 0;
}