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c++指南继承和多态

news 2025/11/28 17:33:14

继承和多态

继承的概念

继承是面向对象编程的一个重要特性，它允许新创建的类（称为子类或派生类）继承现有类（称为基类或父类）的属性和方法。

基类与子类

基类：提供了可以被继承的属性和方法。
子类：继承了基类的属性和方法，并且可以添加新的属性和方法或重写继承的方法。

继承的类型

公有继承（public）：子类继承基类的公有成员和保护成员，并且它们在子类中也是公有或保护的。
私有继承（private）：子类继承基类的公有和保护成员，但它们在子类中变为私有的。
保护继承（protected）：子类继承基类的公有和保护成员，但它们在子类中变为保护的。

多态性

多态性是对象可以有多种形式的能力。在C++中，多态性主要通过虚函数实现。

虚函数

虚函数是基类中的函数，允许在派生类中被重写（Override）。使用 virtual 关键字声明。

class Base {
public:virtual void show() { std::cout << "Base show" << std::endl; }
};class Derived : public Base {
public:void show() override { std::cout << "Derived show" << std::endl; }
};

抽象类

抽象类是不能被实例化的类，它至少包含一个纯虚函数。使用 = 0 来定义纯虚函数。

class AbstractBase {
public:virtual void pureVirtualFunc() = 0; // 纯虚函数
};class ConcreteClass : public AbstractBase {
public:void pureVirtualFunc() override {// 实现抽象类中的纯虚函数}
};

多态的实现

使用基类指针或引用指向派生类对象，可以实现动态多态性。

Base* basePtr = new Derived();
basePtr->show(); // 输出 "Derived show"，展示了多态性
delete basePtr;

虚析构函数

在C++中，如果一个类是多态基类（即有一个或多个虚函数），则其析构函数应当被声明为虚函数。这是因为当通过基类指针删除派生类对象时，需要确保正确地调用派生类的析构函数，然后才是基类的析构函数。

class Base {
public:virtual ~Base() {std::cout << "Base destructor" << std::endl;}
};class Derived : public Base {
public:~Derived() {std::cout << "Derived destructor" << std::endl;}
};int main() {Base* basePtr = new Derived();delete basePtr; // 正确地调用Derived和Base的析构函数return 0;
}

输出为
Derived destructor
Base destructor

运算符重载与多态

运算符重载允许你定义类的运算符如何工作。当运算符被重载为成员函数时，它可以是虚函数，从而支持多态性。

例子

使用虚函数重载 == 运算符

class Base {
public:virtual bool operator==(const Base& other) const {// 默认实现，可能需要根据实际需求重写return this == &other;}
};class Derived : public Base {int value;
public:Derived(int v) : value(v) {}bool operator==(const Base& other) const override {// 重写 == 运算符以比较 Derived 对象const Derived* otherDerived = dynamic_cast<const Derived*>(&other);if (otherDerived) {return value == otherDerived->value;}return false;}
};

重载输出流运算符 <<

class Person {std::string name;
public:Person(const std::string& n) : name(n) {}friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Person& p) {os << "Person: " << p.name;return os;}
};class Employee : public Person {int id;
public:Employee(const std::string& n, int i) : Person(n), id(i) {}friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Employee& e) {os << static_cast<const Person&>(e); // 调用基类的输出os << ", ID: " << e.id;return os;}
};

在这个例子中，Employee 类重载了 << 运算符，输出 Employee 对象时，首先调用了基类 Person 的 << 运算符，然后添加了 Employee 特有的信息。

重载赋值运算符 =

class Data {int* array;size_t size;
public:Data(size_t s) : size(s), array(new int[s]) {}Data(const Data& other) : size(other.size), array(new int[other.size]) {std::copy(other.array, other.array + size, array);}Data& operator=(const Data& other) {if (this != &other) {delete[] array;size = other.size;array = new int[size];std::copy(other.array, other.array + size, array);}return *this;}~Data() {delete[] array;}
};