1. C++多态机制的概述
在C++中，多态是一种面向对象程序设计的重要特性，它允许不同的子类对象对同一消息作出不同的响应。也就是说，在面向对象的程序设计中，多态性允许程序员使用同样的代码处理不同类型的数据。
C++中实现多态性的方法主要包括虚函数、抽象类和模板等。其中，虚函数是实现多态性最重要的手段。
2. C++多态机制的基本条件
2.1 基类和派生类
在C++中，创建一个基类和它的派生类是实现多态性的第一个条件。多态性通常是用基类的指针或引用来访问派生类对象。
下面是一个基类和它的两个派生类的示例代码：
class Shape {
protected:
int width, height;
public:
Shape( int a=0, int b=0) {
width = a;
height = b;
}
virtual int area() {
cout << "Parent class area :" <<endl;
return 0;
}
};
class Rectangle: public Shape {
public:
Rectangle( int a=0, int b=0):Shape(a,b) { }
int area () {
cout << "Rectangle class area :" <<endl;
return (width * height);
}
};
class Triangle: public Shape{
public:
Triangle( int a=0, int b=0):Shape(a,b) { }
int area () {
cout << "Triangle class area :" <<endl;
return (width * height / 2);
}
};
2.2 虚函数
虚函数是实现多态性的第二个条件。在C++中，将成员函数声明为虚函数，可以告诉编译器它们可能被派生类覆盖。
在上面的例子中，Shape类的area()函数前面有virtual关键字，因此它是一个虚函数。Rectangle类和Triangle类都重新定义了area()函数，它们的定义和实现都不同于Shape类中的area()函数。
2.3 动态绑定
动态绑定是实现多态性的第三个条件。在C++中，使用指向基类的指针或引用调用虚函数时，程序将在运行时确定调用哪个版本(即派生类中的版本或基类中的版本)。这种确定过程称为动态绑定。
下面是一个使用动态绑定的示例代码：
int main( ) {
Shape *shape;
Rectangle rec(10,7);
Triangle tri(10,5);
shape = &rec;
shape->area();
shape = &tri;
shape->area();
return 0;
}
在这个示例程序中，定义了一个指向Shape类的指针shape。首先，将shape指向一个Rectangle类的对象rec，并通过shape调用了Rectangle中重定义的area()函数。然后将shape指向一个Triangle类的对象tri，再次调用了Triangle中重定义的area()函数。通过动态绑定，程序能够根据当前所指向的对象类型，动态决定调用哪个函数。
2.4 纯虚函数和抽象类
纯虚函数是指没有实际实现的虚函数，它的定义方式为在函数声明后面加上=0。
抽象类是指包含纯虚函数的类。抽象类不能被实例化，而只能被继承。派生类必须实现抽象类中的所有纯虚函数才能被实例化。抽象类是实现多态的另一种方式。通过定义纯虚函数，可以将基类类型的指针或引用指向任意一个派生类的对象。
下面是一个使用抽象类的示例代码：
class Shape {
protected:
int width, height;
public:
Shape( int a=0, int b=0) {
width = a;
height = b;
}
virtual int area() = 0;
};
class Rectangle: public Shape {
public:
Rectangle( int a=0, int b=0):Shape(a,b) { }
int area () {
cout << "Rectangle class area :" <<endl;
return (width * height);
}
};
class Triangle: public Shape{
public:
Triangle( int a=0, int b=0):Shape(a,b) { }
int area () {
cout << "Triangle class area :" <<endl;
return (width * height / 2);
}
};
int main( ) {
Shape *shape;
Rectangle rec(10,7);
Triangle tri(10,5);
shape = &rec;
shape->area();
shape = &tri;
shape->area();
return 0;
}
在这个示例程序中，Shape类中的area()函数被定义为纯虚函数，因此Shape类是一个抽象类。Rectangle类和Triangle类中都重定义了area()函数，实现了抽象类Shape中的纯虚函数。通过对抽象类的继承，程序员可以实现特定功能的类，并且使用基类类型的指针或引用来处理它们。
3. 总结
在C++面向对象程序设计中，多态是一种非常重要的概念。通过使用基类和派生类、虚函数以及动态绑定等条件，可以实现C++多态机制。实现多态机制有多种方法，其中最主要的方法是通过定义虚函数。虚函数允许派生类重定义基类中的操作，且基类中的指针或引用可以指向任何一个派生类的对象。
在实际应用中，通常使用抽象类和纯虚函数来实现多态机制。抽象类是包含纯虚函数的类，纯虚函数是没有实际实现的虚函数。抽象类不能被实例化，而只能被继承。通过定义纯虚函数，可以将基类类型的指针或引用指向任何一个派生类的对象。