C++ 多态：派生、虚函数和模板的深入解析

2024-02-07 00:53:14

在 C++ 中，派生和多态是面向对象编程的核心概念，它们使我们能够创建可扩展、可重用且松散耦合的代码。本文将深入探讨派生、虚函数和模板，揭示它们如何增强 C++ 代码的灵活性、可维护性和可扩展性。

派生：建立父子关系

派生是创建类层次结构的基本机制，它允许子类继承和扩展父类的特性。在 C++ 中，派生使用 public、protected 或 private 来指定子类对父类成员的访问权限。

class Base {
public:
  int x;
};

class Derived : public Base {
public:
  int y;
};

在上面的示例中，Derived 类派生自 Base 类，继承了其 x 成员。由于派生类型为 public，因此 Derived 类还可以访问 Base 类的公有成员。

虚函数：实现多态行为

多态是 C++ 中的一项关键特性，它允许对象以与类型无关的方式表现其行为。虚函数是实现多态的主要机制，它允许子类重写父类的成员函数，并根据对象的实际类型调用适当的方法。

虚函数声明中使用 virtual 关键字。当调用虚函数时，编译器将根据对象的实际类型确定要调用的方法。

class Base {
public:
  virtual void print() {
    cout << "Base::print()" << endl;
  }
};

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

在上面的示例中，print() 方法被声明为 virtual，这意味着子类可以重写它。当 Derived 对象调用 print() 时，它将输出 "Derived::print()"，而 Base 对象将输出 "Base::print()”。

模板：创建通用代码

模板是 C++ 中强大的工具，它允许我们创建可用于不同类型数据的通用代码。通过使用模板参数，模板可以适用于各种情况，避免了重复编写代码。

template<typename T>
void swap(T& a, T& b) {
  T temp = a;
  a = b;
  b = temp;
}

上面的 swap() 模板函数可以使用任何可赋值的数据类型 T，例如整数、字符串或对象。通过使用模板，我们避免了为每个数据类型编写单独的 swap() 函数。

协同工作：力量倍增

派生、虚函数和模板协同工作，创建了强大且灵活的 C++ 代码。派生允许我们创建类层次结构，虚函数实现多态行为，而模板使我们能够创建可重用代码。

以下示例展示了如何将这些概念结合在一起：

template<typename T>
class List {
public:
  virtual void add(T item) = 0;
  virtual void remove(T item) = 0;
};

class IntegerList : public List<int> {
public:
  void add(int item) override {
    // 添加整数
  }

  void remove(int item) override {
    // 删除整数
  }
};

class StringList : public List<string> {
public:
  void add(string item) override {
    // 添加字符串
  }

  void remove(string item) override {
    // 删除字符串
  }
};