C++多態

Polymorphism

本文為C++官網對多態闡述：http://www.cplusplus.com/doc/tutorial/polymorphism/

在瞭解多態前需具備如下知識：類、結構體、友元和繼承。

指向基類的指針

先來看一個基礎例子

 1 // pointers to base class
 2 #include <iostream>
 3 using namespace std;
 4 
 5 class Polygon {
 6   protected:
 7     int width, height;
 8   public:
 9     void set_values (int a, int b)
10       { width=a; height=b; }
11 };
12 
13 class Rectangle: public Polygon {
14   public:
15     int area()
16       { return width*height; }
17 };
18 
19 class Triangle: public Polygon {
20   public:
21     int area()
22       { return width*height/2; }
23 };
24 
25 int main () {
26   Rectangle rect;
27   Triangle trgl;
28   Polygon * ppoly1 = &rect;
29   Polygon * ppoly2 = &trgl;
30   ppoly1->set_values (4,5);
31   ppoly2->set_values (4,5);
32   cout << rect.area() << '\n';
33   cout << trgl.area() << '\n';
34   return 0;
35 }

 在Rectangle和Triangle類中都含有函數area()。main函數中是分別用類對象直接調用。由於Polygon類中沒有area成員函數，故ppoly1和ppoly2指針無法調用該函數。如果在基類中也能調用area()那麼就不用上面代碼中分別調用那麼麻煩了，不過問題是area()方法不統一，沒法在基類中實現。

虛成員

虛成員是一種能在派生類中重定義的成員函數，通過關鍵字 virtual 聲明。

 1 // virtual members
 2 #include <iostream>
 3 using namespace std;
 4 
 5 class Polygon {
 6   protected:
 7     int width, height;
 8   public:
 9     void set_values (int a, int b)
10       { width=a; height=b; }
11     virtual int area ()
12       { return 0; }
13 };
14 
15 class Rectangle: public Polygon {
16   public:
17     int area ()
18       { return width * height; }
19 };
20 
21 class Triangle: public Polygon {
22   public:
23     int area ()
24       { return (width * height / 2); }
25 };
26 
27 int main () {
28   Rectangle rect;
29   Triangle trgl;
30   Polygon poly;
31   Polygon * ppoly1 = &rect;
32   Polygon * ppoly2 = &trgl;
33   Polygon * ppoly3 = &poly;
34   ppoly1->set_values (4,5);
35   ppoly2->set_values (4,5);
36   ppoly3->set_values (4,5);
37   cout << ppoly1->area() << '\n';
38   cout << ppoly2->area() << '\n';
39   cout << ppoly3->area() << '\n';
40   return 0;
41 }

輸出結果：

20

10

0     

在Polygon類中函數 area 被聲明成 virtual 因為他將被每個派生類重定義。雖然沒有關鍵字 virtual 函數area也能派生類重定義，但是非虛成員不能被派生類通過基類引用訪問。如果此處area前的virtual關鍵字被去掉，上面三個cout結果都會是0，因為調用的時候會被基類的函數替代。

一個聲明或繼承了虛函數的類被叫做多態類。

 抽象基類

抽象基類是只能被當作基類，從而被允許擁有未定義的虛成員函數（純虛函數）。

1 // abstract class CPolygon
2 class Polygon {
3   protected:
4     int width, height;
5   public:
6     void set_values (int a, int b)
7       { width=a; height=b; }
8     virtual int area () =0;
9 };

註意此時 area函數未定義；他的定義被=0取代，這使它變成了一個純虛函數。至少擁有一個純虛函數的類叫做抽象基類。抽象類不能被實例化，但能使用其指針。

 1 // abstract base class
 2 #include <iostream>
 3 using namespace std;
 4 
 5 class Polygon {
 6   protected:
 7     int width, height;
 8   public:
 9     void set_values (int a, int b)
10       { width=a; height=b; }
11     virtual int area (void) =0;
12 };
13 
14 class Rectangle: public Polygon {
15   public:
16     int area (void)
17       { return (width * height); }
18 };
19 
20 class Triangle: public Polygon {
21   public:
22     int area (void)
23       { return (width * height / 2); }
24 };
25 
26 int main () {
27   Rectangle rect;
28   Triangle trgl;
29   Polygon * ppoly1 = &rect;
30   Polygon * ppoly2 = &trgl;
31   ppoly1->set_values (4,5);
32   ppoly2->set_values (4,5);
33   cout << ppoly1->area() << '\n';
34   cout << ppoly2->area() << '\n';
35   return 0;
36 }

 這個例子中都是由基類Polygon指針調用成員函數。還能在基類中使用this指針調用派生類繼承的純虛函數。

 1 // pure virtual members can be called
 2 // from the abstract base class
 3 #include <iostream>
 4 using namespace std;
 5 
 6 class Polygon {
 7   protected:
 8     int width, height;
 9   public:
10     void set_values (int a, int b)
11       { width=a; height=b; }
12     virtual int area() =0;
13     void printarea()
14       { cout << this->area() << '\n'; }
15 };
16 
17 class Rectangle: public Polygon {
18   public:
19     int area (void)
20       { return (width * height); }
21 };
22 
23 class Triangle: public Polygon {
24   public:
25     int area (void)
26       { return (width * height / 2); }
27 };
28 
29 int main () {
30   Rectangle rect;
31   Triangle trgl;
32   Polygon * ppoly1 = &rect;
33   Polygon * ppoly2 = &trgl;
34   ppoly1->set_values (4,5);
35   ppoly2->set_values (4,5);
36   ppoly1->printarea();
37   ppoly2->printarea();
38   return 0;
39 }

虛成員和抽象類賦予了C++多態特性，對面向對象項目用於極大。

以下的例子結合了動態記憶體、類構造初始化、多態：

 1 // dynamic allocation and polymorphism
 2 #include <iostream>
 3 using namespace std;
 4 
 5 class Polygon {
 6   protected:
 7     int width, height;
 8   public:
 9     Polygon (int a, int b) : width(a), height(b) {}
10     virtual int area (void) =0;
11     void printarea()
12       { cout << this->area() << '\n'; }
13 };
14 
15 class Rectangle: public Polygon {
16   public:
17     Rectangle(int a,int b) : Polygon(a,b) {}
18     int area()
19       { return width*height; }
20 };
21 
22 class Triangle: public Polygon {
23   public:
24     Triangle(int a,int b) : Polygon(a,b) {}
25     int area()
26       { return width*height/2; }
27 };
28 
29 int main () {
30   Polygon * ppoly1 = new Rectangle (4,5);
31   Polygon * ppoly2 = new Triangle (4,5);
32   ppoly1->printarea();
33   ppoly2->printarea();
34   delete ppoly1;
35   delete ppoly2;
36   return 0;
37 }

此處基類指針聲明時直接用的派生類。