详解C++值多态中的传统多态与类型擦除

详解C++值多态中的传统多态与类型擦除

本文主要讲解C++中的多态，其中包括传统多态和类型擦除两种方式。

传统多态

什么是传统多态

传统多态是指在C++中，基类类型的指针或引用可以指向其派生类的对象，从而实现多态的特性，可以通过虚函数表来实现运行时的动态绑定。

如何实现传统多态

我们通过一个简单的示例来说明传统多态的实现过程。如下所示，我们定义了一个动物类和两个派生类狗和猫，其中动物类中定义了一个虚函数run()，并在狗和猫类中对该函数进行重写实现。

class Animal {
public:
    virtual void run() {
        std::cout << "Animal is running." << std::endl;
    }
};

class Dog : public Animal {
public:
    void run() override {
        std::cout << "Dog is running." << std::endl;
    }
};

class Cat : public Animal {
public:
    void run() override {
        std::cout << "Cat is running." << std::endl;
    }
};

在主函数中，我们定义了一个Animal类型的指针和一个Animal类型的引用分别指向Dog和Cat类型的对象，然后调用它们的run()函数，程序会根据运行时对象的实际类型选择相应的函数进行调用，实现了多态的特性。

int main() {
    Animal* p_animal = new Dog();
    p_animal->run();  // 输出Dog is running.

    Animal& r_animal = *new Cat();
    r_animal.run();   // 输出Cat is running.

    delete p_animal;
    delete &r_animal;

    return 0;
}

传统多态的优缺点

优点：

• 实现多态特性，可以让代码更为灵活。
• 维护性高，易于扩展。

缺点：

• 需要运行时类型检查，降低代码效率。
• 虚函数表的维护需要额外的开销。

类型擦除

什么是类型擦除

类型擦除是指在运行时将泛型类型转换为实际类型，从而达到实现多态的目的。在C++中，可以通过模板实现类型擦除。

如何实现类型擦除

我们以一个简单的示例来说明类型擦除的实现过程。下面的代码定义了一个模板类FunctionObject，其中包含了一个单纯的模板函数operator()，这个函数接受一个类型为T的参数，然后在函数体中调用run()成员函数，这个函数是由T类实现的。

template <typename T>
class FunctionObject {
public:
    void operator()(T arg) {
        arg.run();
    }
};

接下来，我们定义了一个Fruit类和两个派生类Apple和Banana，这三个类都实现了run()函数。

class Fruit {
public:
    virtual void run() {
        std::cout << "Fruit is running." << std::endl;
    }
};

class Apple : public Fruit {
public:
    void run() override {
        std::cout << "Apple is running." << std::endl;
    }
};

class Banana : public Fruit {
public:
    void run() override {
        std::cout << "Banana is running." << std::endl;
    }
};

最后，在主函数中，我们定义了一个FunctionObject模板类的对象，并将其传入Apple和Banana类型的对象，然后通过operator()函数实现了多态的特性。

int main() {
    FunctionObject<Fruit> function_object;
    function_object(Apple());   // 输出Apple is running.
    function_object(Banana());  // 输出Banana is running.

    return 0;
}

类型擦除的优缺点

优点：

• 泛型编程，使得代码可以适用于多种类型，更具通用性。
• 没有运行时类型检查，避免了降低代码效率和虚函数表开销等问题。

缺点：

• 实现过程相对复杂，不便于初学者理解。
• 无法在运行时获取对象的实际类型信息。

总结

本文详细讲解了C++值多态中的传统多态和类型擦除两种方式。传统多态通过虚函数表实现了多态特性，虽然灵活性高，但也带来了效率低下和维护问题等缺点。而类型擦除则通过泛型编程实现了多态性质，避免了效率问题，但实现过程相对复杂，不易于初学者理解。需要根据具体的应用场景，选择合适的实现方式。