日志22
多态性的知识点
一、多态性的概念
多态性是面向对象编程中的一个核心概念，它允许我们以统一的方式处理不同类型的对象。在C++中，多态性主要通过虚函数来实现，它提高了代码的可维护性、可扩展性和灵活性。
多态性的定义
多态性（Polymorphism）字面意思是“多种形态”，在面向对象编程中，它指的是同一操作作用于不同的对象可以有不同的表现形式。多态性允许我们编写更加通用和可扩展的代码，因为我们可以使用基类指针或引用来操作派生类对象，并在运行时确定实际调用的函数。
多态性的类型
1.静态多态性：也称为编译时多态性，主要通过函数重载和运算符重载来实现。函数重载是指在同一个作用域内，可以有多个函数具有相同的函数名，但参数列表不同。编译器根据函数调用时的参数类型和数量来决定调用哪个函数。运算符重载是指可以为已有的运算符赋予新的含义，使其能够用于特定的类类型。
2.动态多态性：也称为运行时多态性，主要通过虚函数来实现。虚函数是在基类中声明为virtual的函数，在派生类中可以重新定义。当使用指向子类对象的基类指针或引用调用虚函数时，实际调用的是派生类中重新定义的函数，而不是基类中的函数。这是因为在运行时，根据对象的实际类型来确定调用哪个函数。
多态性的好处
1.代码更加模块化和可维护：通过使用统一的接口来处理不同类型的对象，我们可以减少代码的重复，提高代码的可读性和可维护性。
2.代码更容易扩展：当需要添加新的功能或类型时，我们可以通过继承和重写虚函数来实现，而不需要修改现有的代码。
3.代码更加灵活：通过使用虚函数和动态绑定，我们可以在运行时根据对象的实际类型来选择调用哪个函数。这使得我们可以根据不同的情况动态地改变程序的行为。
二、虚函数
虚函数是C++中实现动态多态性的关键。它允许程序在运行时动态地确定调用的函数。
- 虚函数的定义虚函数是在基类中声明为virtual的函数，它可以在派生类中被重新定义。当使用基类指针或引用调用虚函数时，实际调用的是派生类中重新定义的函数。
- 虚函数的使用在基类中声明虚函数：在基类中，使用virtual关键字声明一个虚函数。在派生类中重写虚函数：在派生类中，使用相同的函数名和参数列表来重写基类中的虚函数。可以使用override关键字来显式指示派生类中的函数是覆盖基类中的虚函数。通过基类指针或引用调用虚函数：当使用基类指针或引用来指向派生类对象时，调用虚函数将实际调用派生类中重写的函数。
- 虚函数表（vtable）当一个类中有虚函数时，编译器会为该类创建一个虚函数表（vtable）。这个表存储了指向类中所有虚函数的指针。每个对象都会有一个指向虚函数表的指针（vptr），这样当通过基类指针或引用调用虚函数时，程序可以通过vptr找到正确的函数实现。
- 虚函数的限制构造函数和析构函数不能是虚函数。构造函数在对象创建时被调用，此时虚函数表还没有完全构建，因此构造函数不能是虚函数。同样地，析构函数也不应该是虚函数，除非基类析构函数被声明为虚函数，以确保在删除派生类对象时能够正确调用派生类的析构函数。虚函数会引入一些额外的开销，因为程序需要在运行时通过虚函数表来查找并调用正确的函数。因此，在不需要多态性的情况下，应避免使用虚函数。
三、纯虚函数
纯虚函数是一种特殊的虚函数，它在基类中被声明，但没有具体的实现。纯虚函数的主要作用是作为一个接口，强制要求从该基类派生的任何子类都必须实现这个函数。
纯虚函数的定义
纯虚函数在基类中被声明为virtual，并且函数体为空，通常被赋值为0（即=0）。例如：
virtual void functionName() = 0;
纯虚函数的作用
1.定义接口：纯虚函数提供了一种方式，允许基类定义一个接口，要求所有派生类都必须实现这个接口。
2.强制派生类实现：如果一个类被设计为基类，并希望派生类提供某些特定功能的具体实现，则可以将这些功能声明为纯虚函数。
3.禁止直接实例化：包含纯虚函数的类不能直接实例化对象，这有助于避免误用，因为抽象类通常仅用作其他类的基类。
抽象类
如果一个类至少含有一个纯虚函数，那么这个类就被称为抽象类（Abstract Class）。抽象类不能被实例化，即不能创建该类的对象，但可以被用作基类来创建派生类的对象。
纯虚函数的使用
1.在基类中声明纯虚函数，以定义派生类必须实现的接口。
2.在派生类中实现纯虚函数，以提供具体的功能实现。
3.使用基类指针或引用来操作派生类对象，并通过基类指针或引用调用纯虚函数（实际上是调用派生类中的实现）。
四、多级继承
多级继承是C++面向对象编程中的一个重要特性，它允许从已有的类派生出新的类，并且新的类还可以继续作为基类派生出更多的类。
多级继承的定义
多级继承是指在C++编程中，不仅可以从基类派生一个类，还可以从派生类派生出一个新的类。这种继承形式被称为多级继承。
多级继承的使用
1.定义基类：首先定义一个基类，它包含了一些基本的属性和方法。
2.定义派生类：从基类派生出一个或多个派生类，这些派生类继承了基类的属性和方法，并可以添加新的属性和方法或重写基类中的方法。
3.定义多级派生类：从派生类继续派生出新的类，这些新的类继承了派生类的属性和方法，并可以进一步添加新的属性和方法或重写派生类中的方法。
多级继承中的构造函数和析构函数
1.在多级继承中，构造函数的调用顺序是从基类到派生类，再到多级派生类。析构函数的调用顺序则相反，从多级派生类到派生类，再到基类。
2.在派生类的构造函数中，需要显式调用基类的构造函数来初始化基类的成员变量。同样地，在多级派生类的构造函数中，需要显式调用派生类的构造函数来初始化派生类的成员变量。
3.析构函数不需要显式调用，因为当对象被销毁时，系统会自动调用析构函数，并按照从内到外的顺序依次销毁对象。
多级继承中的虚函数和纯虚函数
1.在多级继承中，虚函数和纯虚函数的使用与在单级继承中类似。基类中的虚函数或纯虚函数可以在派生类中被重写，也可以在多级派生类中被进一步重写。
2.通过使用虚函数和动态绑定，我们可以在运行时根据对象的实际类型来选择调用哪个函数。这使得我们可以根据不同的情况动态地改变程序的行为。