c++程序设计 多态性与抽象类

### C++程序设计：多态性与抽象类 #### 多态性的基本概念 多态性是面向对象编程中的一个重要特性，它允许我们通过基类的接口操作派生类的对象，而无需知道对象的确切类型。C++中的多态性主要通过虚函数实现。 **虚函数**（Virtual Function）是一种特殊类型的成员函数，它允许派生类重新定义其行为。在C++中，一个类中的成员函数可以通过声明为`virtual`来成为虚函数。 **纯虚函数**（Pure Virtual Function）是一种特殊的虚函数，它没有默认的行为。纯虚函数通过`= 0`来定义，在包含纯虚函数的类被称为抽象类，这类类不能被实例化。 #### 实验一：理解虚函数和多态性 在实验一中，我们有一个基类`Vehicle`和两个派生类`Car`和`Airplane`。通过这些类，我们可以探索不同情况下多态性的表现形式。 ##### 任务1.1 原始程序中，`Vehicle`类的`run()`函数不是虚函数。因此，当使用基类指针调用该函数时，实际上调用的是`Vehicle`类的版本，而不是派生类的版本。程序的执行结果如下： ``` (a)直接用对象访问成员函数: runavehicle. runacar. runaairplane. (b)用指向基类的指针访问成员函数: runavehicle. runavehicle. ``` ##### 任务1.2 如果将`Vehicle`类的`run()`函数声明为虚函数，则在使用基类指针调用该函数时，将调用派生类的版本。程序的执行结果如下： ``` (a)直接用对象访问成员函数: runavehicle. runacar. runaairplane. (b)用指向基类的指针访问成员函数: runacar. runaairplane. ``` ##### 任务1.3 如果将`Vehicle`类的`run()`函数声明为纯虚函数，则`Vehicle`类成为抽象类，不能被实例化。因此，程序中直接创建`Vehicle`类对象的部分需要注释掉或删除。程序的执行结果如下： ``` (a)直接用对象访问成员函数: runacar. runaairplane. (b)用指向基类的指针访问成员函数: runacar. runaairplane. ``` ##### 任务1.4 **虚函数**允许我们在运行时确定要调用哪个函数的版本。这使得我们可以编写更加灵活和可扩展的代码。 **多态性**通过虚函数实现，让我们能够在不知道对象具体类型的情况下操作对象。这样可以更容易地管理和维护代码。 **抽象类**包含一个或多个纯虚函数，不允许被实例化，通常作为其他类的基础框架。它们提供了一种强制继承的设计方式，确保所有派生类都实现了某些关键方法。 #### 实验二：使用抽象类 在这个实验中，我们创建了一个基类`Animal`以及它的几个派生类。我们将探讨如何使用抽象类来更好地组织代码。 ##### 任务2.1 为了实现main()函数的功能，我们需要为不同的动物设计不同的类。例如，`Mouse`, `Cat`, `Dog`, 和`Giraffe`类。每个类都需要覆盖`Animal`类中的`cry()`函数，以实现不同动物的叫声。 ##### 任务2.2 为了将`Animal`类变成一个抽象类，我们需要将`cry()`函数声明为纯虚函数。这样，我们无法直接实例化`Animal`类，只能通过其派生类来使用。 ##### 任务2.3 为了让所有动物都有一个共同的名字属性，我们可以在`Animal`类中添加一个字符串成员变量`name`，并确保所有的派生类都使用这个成员变量。 #### 实验三：计算图形的面积 在这个实验中，我们将使用抽象类`Shape`和三个派生类`Circle`, `Rectangle`, 和`Triangle`来计算各种图形的面积总和。 通过定义一个基类指针数组，我们可以轻松地迭代这些对象并计算它们的面积总和。这种方法充分利用了多态性的优点，使代码更加简洁和易于维护。 通过理解和运用虚函数、多态性和抽象类的概念，我们可以编写出更加模块化和灵活的代码。这些技术对于大型项目的开发尤为重要，可以帮助我们更好地管理复杂的类层次结构和功能实现。