C++中的多态和虚

Question

我对 C++ 中的多态性感到困惑。我正在自己研究它，我了解它的主要特点。但我不明白为什么它有帮助。在学习多态性（关于 oop）之前，我学习了继承（这很有帮助，因为您可以在超类和子类中使用一个方法只编写一次）。现在我被多态性和virtual 关键字困住了。我不明白为什么它有帮助。请看下面的代码（这是一个关于 C++ 学院的练习（我将获得认证））。为什么我只能声明为“虚拟”功能？我在代码中添加了变量n1、n2、n3（公开），为什么我不能访问它们？我完全不理解多态性，我在 StackOverflow 上阅读了大量关于多态性的帖子，但好像我理解了 50% 的多态性。我注意到多态性在 python 中不太难理解，因为 python 没有数据类型，但我也想在 C++ 中理解它，以及它的可能用途。

#include <iostream>
using namespace std;
class Pet {
    protected:
    string Name;
    public:
    Pet(string n) { Name = n; }
    virtual void MakeSound(void) { cout << Name << " the Pet says: Shh! Shh!"  << endl; }
    int n1;
};
class Cat : public Pet {
    public:
    Cat(string n) : Pet(n) { }
    void MakeSound(void) { cout << Name << " the Cat says: Meow! Meow!" <<       endl; }
    int n2;
};
class Dog : public Pet {
    public:
    Dog(string n) : Pet(n) { }
    void MakeSound(void) { cout << Name << " the Dog says: Woof! Woof!" << endl; }
    int n3;
};
int main(void) {
    Pet* a_pet1, * a_pet2;
    Cat* a_cat;
    Dog* a_dog;

    a_pet1 = a_cat = new Cat("Kitty");
    a_pet2 = a_dog = new Dog("Doggie");

    a_pet1->MakeSound();
    a_cat->MakeSound();
    static_cast<Pet*>(a_cat)->MakeSound();
    a_pet2->MakeSound();
    a_dog->MakeSound();
    static_cast<Pet*>(a_dog)->MakeSound();
}

Answer 1

多态的关键思想是有一个方法。 这个方法会有不同的实现，根据特定的情况调用特定的实现。

让我们考虑这个例子：

#include <iostream>
using namespace std;
class Polygon{

 protected:
  int numVertices;
  float *xCoord, *yCoord;

 public:
  void set(){
   cout<<"From Polygon"<< endl;
  }

};
class Rectangle : public Polygon{
public:

 void set(){
   cout<<"From Rectangle"<< endl;
}

class Triangle : public Polygon{
public:

 void set(){
   cout<<"From Triangle"<< endl;

 }
};
int main(){

 Polygon *poly;
 Rectangle rec;
 Triangle tri;

 poly = &rec;
 poly->set();
 poly = &tri;
 poly->set();
}

当您运行此代码时，您的输出如下：

From Polygon
From Polygon

让我们在基类 (Polygon) 中添加 virtual 到 set() 。这是你得到的：

From Rectangle
From Triangle

如果我们在基类（Polygon）中创建了一个虚函数，并且它在派生类中被覆盖（在这种情况下，Triangle 和Rectangle），那么我们不需要 virtual 关键字在派生类中，函数自动被视为派生类中的虚函数。

如果set() 不是虚拟的，set() 将调用方法的基类版本，即使 poly 指向 Rect。 另一方面，set() 是虚拟的，它将从派生类调用实际方法。 （在这种情况下，rect->set() 将打印“From Rectangle”）。

这样做意味着在我不知道对象的特定类型的情况下，我可以使用virtual 和polymorphism，它会在调用过程中使用正确的方法。

我希望这会有所帮助！

Answer 2

你说得对，要理解多态性的用途以及学习它时的作用并不容易。像您提到的常见示例并没有真正的帮助，它只是展示了这个概念，但缺乏真实的背景。

理解和能够使用多态是编程中比较高级的话题。在遵循真正的面向对象编程（如 SOLID 和设计模式）时使用它。

多态性的一个很好的现实世界例子是迭代器设计模式。你定义了一个基类，比如使用next() 之类的方法的列表，然后你可以有不同的派生类（用于不同类型的列表）都覆盖这个方法，它们实现它，这样你就可以相应地迭代该列表。

您可能会看到它变得复杂，所以我无法在这里解释所有内容，但您会得到一个想法和一些指示。

Answer 3

也许举个例子可以提供帮助。考虑一个不同的main()，像这样：

int main()
{
    std::vector<std::unique_ptr<Pet>> menagerie;
    menagerie.push_back(std::make_unique<Dog>("Fido"));
    menagerie.push_back(std::make_unique<Cat>("Morris"));
    menagerie.push_back(std::make_unique<Cat>("Garfield"));
    menagerie.push_back(std::make_unique<Dog>("Rover"));

    for (auto&& pet : menagerie)
    {
        pet->MakeSound();
    }
}

我们这里有一堆宠物。我们可以用同样的方式处理它们，但它们会发出不同的声音。对每个特定类型的宠物调用 MakeSound 是正确的。这种用例很常见。

Fido the Dog says: Woof! Woof!
Morris the Cat says: Meow! Meow!
Garfield the Cat says: Meow! Meow!
Rover the Dog says: Woof! Woof!

现在，尝试删除 virtual 关键字，他们都会说“嘘！嘘！”。