多态通过虚函数、继承和基类指针或引用实现,允许不同对象对同一消息做出不同响应。示例中Animal基类的speak函数为虚函数,Dog和Cat类重写该函数,通过基类指针调用时根据实际对象类型动态绑定到对应版本,输出“Dog barks.”和“Cat meows.”。纯虚函数使用virtual void func() = 0定义,含纯虚函数的类为抽象类,不能实例化,派生类必须实现所有纯虚函数。多态需通过指针或引用触发,直接调用对象不会启用动态绑定;建议使用override标记重写函数;析构函数应声明为虚函数以防内存泄漏;构造函数和静态函数不能为虚函数。底层机制基于虚函数表(vtable),每个类有vtable存储虚函数地址,对象包含指向vtable的指针(vptr),运行时通过vptr确定调用的具体函数。掌握这些要点即可正确使用C++多态。

在C++中,多态是面向对象编程的核心特性之一,它允许不同类的对象对同一消息做出不同的响应。多态的实现主要依赖于虚函数、继承和基类指针或引用指向派生类对象这三要素。
虚函数与动态绑定
要在C++中实现多态,必须在基类中将需要“动态调用”的成员函数声明为虚函数,使用virtual关键字。
当派生类重写该虚函数后,通过基类指针或引用调用该函数时,会根据实际指向的对象类型决定调用哪个版本,这就是动态绑定。
示例代码:
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#includeusing namespace std; class Animal { public: virtual void speak() { cout << "Animal speaks." << endl; } };
class Dog : public Animal { public: void speak() override { cout << "Dog barks." << endl; } };
class Cat : public Animal { public: void speak() override { cout << "Cat meows." << endl; } };
int main() { Animal* ptr; Dog dog; Cat cat;
ptr = &dog; ptr->speak(); // 输出: Dog barks. ptr = &cat; ptr->speak(); // 输出: Cat meows. return 0;}
纯虚函数与抽象类
如果希望基类中的虚函数没有具体实现,仅作为接口使用,可以将其定义为纯虚函数:
virtual void func() = 0;
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包含纯虚函数的类称为抽象类,不能实例化对象。派生类必须实现所有纯虚函数,否则仍是抽象类。
示例:
class Shape { public: virtual void draw() = 0; // 纯虚函数 };class Circle : public Shape { public: void draw() override { cout << "Drawing a circle." << endl; } };
多态的条件与注意事项
- 必须通过基类指针或引用调用虚函数,直接使用对象调用不会触发多态。
- 虚函数在派生类中可以用override显式标记,提高代码可读性和安全性。
- 析构函数应声明为虚函数,防止派生类对象通过基类指针删除时资源泄漏。
- 构造函数不能是虚函数,静态成员函数也不能是虚函数。
虚函数表(vtable)机制简述
C++多态底层通常通过虚函数表实现。每个含有虚函数的类都有一个vtable,存储着该类所有虚函数的地址。对象内部则包含一个指向vtable的指针(vptr)。运行时通过vptr找到对应函数地址,实现动态调用。
基本上就这些。掌握虚函数、继承和指针/引用的配合使用,就能正确实现C++中的多态。不复杂但容易忽略细节。










