零點起飛學C之靈活的代碼-多態(tài)

零點起飛學C之靈活的代碼-多態(tài)目錄CONTENCT多態(tài)基本概念與原理函數(shù)重載實現(xiàn)多態(tài)虛函數(shù)與純虛函數(shù)實現(xiàn)多態(tài)類繼承關(guān)系中的多態(tài)現(xiàn)象模板編程與泛型編程中的多態(tài)總結(jié)回顧與拓展延伸01多態(tài)基本概念與原理定義作用多態(tài)定義及作用多態(tài)是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計中的一個重要特征，它允許我們使用父類類型的指針或引用來調(diào)用子類對象的方法，從而實現(xiàn)代碼的靈活性和可擴展性。多態(tài)可以提高代碼的可讀性和可維護性，降低代碼的耦合度，使得程序更加易于擴展和修改。同時，多態(tài)也是實現(xiàn)設(shè)計模式的基礎(chǔ)之一，如工廠模式、策略模式等。繼承方法重寫父類引用指向子類對象多態(tài)必須建立在繼承的基礎(chǔ)上，子類繼承父類的方法并重寫或?qū)崿F(xiàn)新的方法。子類必須重寫父類的方法，使得子類的方法與父類的方法具有相同的方法名和參數(shù)列表，但具有不同的實現(xiàn)。在程序中，必須使用父類類型的引用或指針來指向子類對象，才能調(diào)用子類的方法實現(xiàn)多態(tài)。實現(xiàn)多態(tài)的條件也稱為靜態(tài)多態(tài)或早期綁定，是指在編譯時期就能確定方法調(diào)用的具體實現(xiàn)。編譯時多態(tài)主要通過方法重載和模板實現(xiàn)。編譯時多態(tài)也稱為動態(tài)多態(tài)或晚期綁定，是指在程序運行時期才能確定方法調(diào)用的具體實現(xiàn)。運行時多態(tài)主要通過方法重寫和接口實現(xiàn)。在Java中，運行時多態(tài)通過虛方法表和接口表來實現(xiàn)。當一個父類引用指向一個子類對象時，如果調(diào)用的是被子類重寫的方法，那么JVM會通過虛方法表找到子類的方法實現(xiàn)進行調(diào)用。運行時多態(tài)編譯時多態(tài)與運行時多態(tài)02函數(shù)重載實現(xiàn)多態(tài)函數(shù)名相同，參數(shù)列表不同函數(shù)重載原理編譯器根據(jù)參數(shù)類型和數(shù)量的不同來區(qū)分不同的函數(shù)。編譯時多態(tài)函數(shù)重載在編譯時就已經(jīng)確定，因此也稱為編譯時多態(tài)。函數(shù)重載的實現(xiàn)是通過靜態(tài)綁定完成的，即在編譯階段就已經(jīng)將函數(shù)調(diào)用與函數(shù)體進行綁定。靜態(tài)綁定80%80%100%示例：運算符重載實現(xiàn)多態(tài)通過重新定義運算符的行為，使其可以作用于自定義數(shù)據(jù)類型。在類中定義與運算符對應(yīng)的成員函數(shù)或非成員函數(shù)，以實現(xiàn)運算符的重載。通過運算符重載實現(xiàn)兩個自定義類型的對象的加法運算。運算符重載定義實現(xiàn)方式示例代碼注意事項與優(yōu)缺點分析避免二義性在函數(shù)重載時要確保每個函數(shù)的參數(shù)列表具有獨特性，以避免出現(xiàn)二義性。保持一致性在重載運算符時要保持其行為的一致性，不要改變運算符原有的語義?？紤]性能：雖然函數(shù)重載可以提高代碼的靈活性和可讀性，但過多的重載可能會影響程序的性能。注意事項與優(yōu)缺點分析通過函數(shù)重載可以使用相同的函數(shù)名來表示不同的功能，使代碼更加簡潔易讀。提高代碼的可讀性和可維護性通過函數(shù)重載可以避免編寫大量相似的函數(shù)，提高代碼的復(fù)用率。實現(xiàn)代碼的復(fù)用注意事項與優(yōu)缺點分析注意事項與優(yōu)缺點分析支持多態(tài)性：函數(shù)重載是實現(xiàn)多態(tài)的一種方式，可以提高程序的靈活性和可擴展性。VS由于函數(shù)重載需要在編譯時進行類型檢查和匹配，因此可能會增加編譯器的負擔和編譯時間?？赡芤l(fā)二義性如果函數(shù)重載不當或參數(shù)類型相似，可能會引發(fā)二義性，導(dǎo)致編譯錯誤或運行異常。可能增加編譯器的負擔注意事項與優(yōu)缺點分析03虛函數(shù)與純虛函數(shù)實現(xiàn)多態(tài)虛函數(shù)定義虛函數(shù)使用動態(tài)綁定虛函數(shù)定義及使用在派生類中，可以重寫基類的虛函數(shù)，以實現(xiàn)多態(tài)行為。當通過基類指針或引用調(diào)用該函數(shù)時，將根據(jù)實際對象類型調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)。虛函數(shù)的實現(xiàn)依賴于動態(tài)綁定機制，即在運行時確定調(diào)用哪個函數(shù)。這要求使用基類指針或引用訪問派生類對象。在基類中，使用關(guān)鍵字`virtual`修飾的成員函數(shù)稱為虛函數(shù)。純虛函數(shù)及抽象類概念純虛函數(shù)必須在派生類中被重寫，而虛函數(shù)可以不被重寫。抽象類不能實例化，而非抽象類可以。純虛函數(shù)與虛函數(shù)的區(qū)別在基類中聲明的虛函數(shù)，如果在基類中沒有實現(xiàn)（即函數(shù)體為`=0`），則稱為純虛函數(shù)。純虛函數(shù)定義包含純虛函數(shù)的類稱為抽象類。抽象類不能被實例化，只能作為其他類的基類。派生類必須實現(xiàn)抽象類中的所有純虛函數(shù)，才能被實例化。抽象類概念定義基類`Shape`和派生類`Circle`、`Rectangle`，并在基類中定義虛函數(shù)`draw()`。在派生類中重寫`draw()`函數(shù)，以實現(xiàn)不同形狀的繪制邏輯。創(chuàng)建一個`Shape`類型的指針數(shù)組，并分別指向`Circle`和`Rectangle`對象。示例：利用虛函數(shù)實現(xiàn)多態(tài)示例：利用虛函數(shù)實現(xiàn)多態(tài)通過循環(huán)遍歷數(shù)組，并調(diào)用每個對象的draw()函數(shù)，觀察多態(tài)行為。```cppusingnamespacestd;示例：利用虛函數(shù)實現(xiàn)多態(tài)classShape{示例：利用虛函數(shù)實現(xiàn)多態(tài)010203publicvirtualvoiddraw(){cout<<"Drawingashape..."<<endl;示例：利用虛函數(shù)實現(xiàn)多態(tài)03classCircle:publicShape{01}02};示例：利用虛函數(shù)實現(xiàn)多態(tài)publiccout<<"Drawingacircle..."<<endl;voiddraw()override{示例：利用虛函數(shù)實現(xiàn)多態(tài)示例：利用虛函數(shù)實現(xiàn)多態(tài)010203};classRectangle:publicShape{}示例：利用虛函數(shù)實現(xiàn)多態(tài)01public02voiddraw()override{cout<<"Drawingarectangle..."<<endl;03010203}};intmain(){示例：利用虛函數(shù)實現(xiàn)多態(tài)示例：利用虛函數(shù)實現(xiàn)多態(tài)Shape*shapes[2];shapes[0]=newCircle();shapes[1]=newRectangle();for(inti=0;i<2;i){shapes[i]->draw();//多態(tài)行為：根據(jù)實際對象類型調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)示例：利用虛函數(shù)實現(xiàn)多態(tài)示例：利用虛函數(shù)實現(xiàn)多態(tài)01}02deleteshapes[0];03deleteshapes[1];示例：利用虛函數(shù)實現(xiàn)多態(tài)return0;}```示例：利用虛函數(shù)實現(xiàn)多態(tài)04類繼承關(guān)系中的多態(tài)現(xiàn)象子類覆蓋父類方法實現(xiàn)多態(tài)子類覆蓋父類方法時，訪問修飾符不能比父類中被覆蓋的方法的訪問級別更低。訪問修飾符子類可以覆蓋（重寫）父類中的方法，使得在調(diào)用該方法時，實際執(zhí)行的是子類中的實現(xiàn)。方法覆蓋（Override）在運行時，根據(jù)對象的實際類型來調(diào)用相應(yīng)的方法，實現(xiàn)多態(tài)。動態(tài)綁定（DynamicBinding）向下轉(zhuǎn)型（Downcasting）將父類類型的引用強制轉(zhuǎn)換為子類類型，需要顯式進行類型轉(zhuǎn)換，且可能引發(fā)`ClassCastException`異常。類型檢查在進行向下轉(zhuǎn)型前，最好使用`instanceof`運算符進行類型檢查，以確保轉(zhuǎn)換的安全性。向上轉(zhuǎn)型（Upcasting）將子類的對象賦值給父類類型的引用，可以自動進行類型轉(zhuǎn)換。向上轉(zhuǎn)型和向下轉(zhuǎn)型操作示例：繼承關(guān)系中多態(tài)應(yīng)用動物類（Animal）作為父類，具有叫（shout）的行為。02貓類（Cat）和狗類（Dog）作為子類，分別覆蓋父類的叫（shout）方法，實現(xiàn)各自特有的叫聲。03在主程序中，通過創(chuàng)建動物類引用指向貓類和狗類對象，并調(diào)用叫（shout）方法，觀察多態(tài)現(xiàn)象。01classAnimal{publicvoidshout(){```java示例：繼承關(guān)系中多態(tài)應(yīng)用示例：繼承關(guān)系中多態(tài)應(yīng)用}}classCatextendsAnimal{010203示例：繼承關(guān)系中多態(tài)應(yīng)用示例：繼承關(guān)系中多態(tài)應(yīng)用030201@Overridepublicvoidshout(){System.out.println("Catmeows");}}classDogextendsAnimal{010203示例：繼承關(guān)系中多態(tài)應(yīng)用示例：繼承關(guān)系中多態(tài)應(yīng)用010203@Overridepublicvoidshout(){System.out.println("Dogbarks");示例：繼承關(guān)系中多態(tài)應(yīng)用}}publicclassMain{publicstaticvoidmain(String[]args){Animalanimal1=newCat();//向上轉(zhuǎn)型Animalanimal2=newDog();//向上轉(zhuǎn)型示例：繼承關(guān)系中多態(tài)應(yīng)用animal1.shout();//輸出"Catmeows"animal2.shout();//輸出"Dogbarks"http://向下轉(zhuǎn)型示例（需要類型檢查）示例：繼承關(guān)系中多態(tài)應(yīng)用if(animal1instanceofCat){Catcat=(Cat)animal1;cat.shout();//輸出"Catmeows"示例：繼承關(guān)系中多態(tài)應(yīng)用02030401示例：繼承關(guān)系中多態(tài)應(yīng)用}}}```05模板編程與泛型編程中的多態(tài)模板編程簡介及優(yōu)勢模板編程是一種編程范式，它允許程序員編寫與數(shù)據(jù)類型無關(guān)的代碼。通過使用模板，可以為多種數(shù)據(jù)類型編寫通用的算法或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，提高代碼的重用性和可維護性。模板編程的優(yōu)勢在于其靈活性和高效性。它可以根據(jù)實際數(shù)據(jù)類型進行編譯時優(yōu)化，生成針對特定數(shù)據(jù)類型的代碼，從而提高運行效率。VS泛型編程是一種編程范式，旨在編寫與具體數(shù)據(jù)類型無關(guān)的代碼。C中的模板是泛型編程的重要工具，它允許程序員編寫適用于多種數(shù)據(jù)類型的通用代碼。C中的泛型編程思想體現(xiàn)在STL（標準模板庫）中，STL提供了一系列通用的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如vector、list、map等，這些算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都是基于模板實現(xiàn)的，可以適用于各種數(shù)據(jù)類型。泛型編程思想在C中體現(xiàn)通過使用模板，可以實現(xiàn)類似于多態(tài)的效果。例如，可以定義一個模板函數(shù)，該函數(shù)接受不同類型的參數(shù)，并根據(jù)參數(shù)類型執(zhí)行不同的操作。下面是一個簡單的示例，展示了如何使用模板實現(xiàn)多態(tài)效果示例：模板實現(xiàn)多態(tài)效果要點三```cpp要點一要點二usingnamespacestd;template<typenameT>要點三示例：模板實現(xiàn)多態(tài)效果示例：模板實現(xiàn)多態(tài)效果classAnimal{示例：模板實現(xiàn)多態(tài)效果virtualvoidspeak(){publiccout<<"Animalspeaks"<<endl;}};template<typenameT>示例：模板實現(xiàn)多態(tài)效果classDog:publicAnimal{示例：模板實現(xiàn)多態(tài)效果publicvoidspeak()override{cout<<"Dogbarks"<<endl;010203示例：模板實現(xiàn)多態(tài)效果template<typenameT>}};示例：模板實現(xiàn)多態(tài)效果示例：模板實現(xiàn)多態(tài)效果classCat:publicAnimal{publicvoidspeak()override{cout<<"Catmeows"<<endl;示例：模板實現(xiàn)多態(tài)效果}};template<typenameT>示例：模板實現(xiàn)多態(tài)效果示例：模板實現(xiàn)多態(tài)效果voidanimalSpeak(Animal*animal){animal->speak();示例：模板實現(xiàn)多態(tài)效果010203}intmain(){Dog<int>dog;示例：模板實現(xiàn)多態(tài)效果Cat<float>cat;animalSpeak(&cat);//輸出"Catmeows"animalSpeak(&dog);//輸出"Dogbarks"示例：模板實現(xiàn)多態(tài)效果示例：模板實現(xiàn)多態(tài)效果return0;123}```在上面的示例中，我們定義了一個Animal類模板和兩個繼承自Animal的子類模板Dog和Cat。每個子類都重寫了speak()方法以實現(xiàn)不同的行為。我們還定義了一個animalSpeak()函數(shù)模板，該函數(shù)接受一個Animal指針作為參數(shù)，并調(diào)用其speak()方法。在主函數(shù)中，我們創(chuàng)建了一個Dog對象和一個Cat對象，并分別調(diào)用animalSpeak()函數(shù)來觀察多態(tài)效果。示例：模板實現(xiàn)多態(tài)效果06總結(jié)回顧與拓展延伸010203多態(tài)的概念多態(tài)是面向?qū)ο缶幊讨械囊粋€重要特征，它允許使用父類類型的指針或引用來引用子類的對象，從而實現(xiàn)代碼的靈活性和可擴展性。虛函數(shù)與純虛函數(shù)在C中，通過使用虛函數(shù)和純虛函數(shù)來實現(xiàn)多態(tài)。虛函數(shù)是在基類中聲明并使用關(guān)鍵字`virtual`修飾的成員函數(shù)，它在派生類中可以被重寫。純虛函數(shù)是一種特殊的虛函數(shù)，它在基類中聲明但沒有定義，要求派生類必須提供實現(xiàn)。動態(tài)綁定與運行時類型識別多態(tài)的實現(xiàn)依賴于動態(tài)綁定和