C++ 多态详解：编译时/运行时多态、函数重载、运算符重载、虚函数与覆盖

什么是 C++ 多态？

在 C++ 中，多态导致成员函数根据调用它的对象表现出不同行为。多态源自希腊语，意为“多种形态”。它发生在通过继承关联的类层级中。

例如，假设有 makeSound() 函数。猫调用它发出“喵”，牛调用它发出“哞”。

虽为同一函数，却在不同情境下行为不同。函数呈现多种形态，即实现了多态。

本教程你将学到：

• 多态的概念
• 多态的类型
• 编译时多态
• 函数重载
• 运算符重载
• 运行时多态
• 函数覆盖
• C++ 虚函数
• 编译时多态 vs 运行时多态

多态的类型

C++ 支持两种多态：

• 编译时多态
• 运行时多态

编译时多态

通过匹配参数数量和类型调用重载函数。信息在编译期已知，编译器在编译时选择正确函数。

编译时多态通过函数重载和运算符重载实现。

函数重载

同名函数参数不同（数量或类型）即构成重载。

示例 1：

 #include <iostream> using namespace std; void test(int i) { cout << " The int is " << i << endl; } void test(double f) { cout << " The float is " << f << endl; } void test(char const *ch) { cout << " The char* is " << ch << endl; } int main() { test(5); test(5.5); test("five"); return 0; } 

输出：

代码截图：

三个同名函数参数类型不同，实现了多态。

运算符重载

为 C++ 运算符定义新含义，改变其行为。如定义 + 拼接字符串。整数间仍作加法，字符串间则拼接。

示例 2：

 #include<iostream> using namespace std; class ComplexNum { private: int real, over; public: ComplexNum(int rl = 0, int ov = 0) { real = rl; over = ov; } ComplexNum operator + (ComplexNum const &obj) { ComplexNum result; result.real = real + obj.real; result.over = over + obj.over; return result; } void print() { cout << real << " + i" << over << endl; } }; int main() { ComplexNum c1(10, 2), c2(3, 7); ComplexNum c3 = c1+c2; c3.print(); } 

输出：

代码截图：

运行时多态

对象方法在运行时而非编译时被调用。通过函数覆盖实现，调用的函数在运行时确定。

函数覆盖

派生类给基类函数提供新定义，即覆盖基类函数。

示例：

 #include <iostream> using namespace std; class Mammal { public: void eat() { cout << "Mammals eat..."; } }; class Cow: public Mammal { public: void eat() { cout << "Cows eat grass..."; } }; int main(void) { Cow c = Cow(); c.eat(); return 0; } 

输出：

代码截图：

C++ 虚函数

虚函数是实现运行时多态的另一种方式。在基类中用 virtual 关键字声明，在派生类中重新定义。若虚函数类被继承，派生类重定义虚函数以适应需求。

示例：

 #include <iostream> using namespace std; class ClassA { public: virtual void show() { cout << "The show() function in base class invoked..." << endl; } }; class ClassB :public ClassA { public: void show() { cout << "The show() function in derived class invoked..."; } }; int main() { ClassA* a; ClassB b; a = &b; a->show(); } 

输出：

代码截图：

编译时多态 vs 运行时多态

总结

• 多态意为多种形态。
• 发生在通过继承关联的类层级中。
• 多态使函数可根据调用对象表现不同行为。
• 编译时多态中，调用函数在编译期确定。
• 运行时多态中，调用函数在运行期确定。
• 编译时多态通过函数重载和运算符重载实现。
• 函数重载：同名函数参数不同（数量或类型）。
• 运算符重载：为 C++ 运算符定义新含义。
• 运行时多态通过函数覆盖实现。
• 函数覆盖：派生类给基类函数新定义。