多态在 C++ 中的实现机制，并通过代码示例展示如何利用虚函数实现多态

在C++中，多态性允许我们使用相同的接口来访问不同的基类和派生类对象。它主要通过虚函数（Virtual Functions）和指针（或引用）来实现。多态性的实现机制基于"晚绑定"（Late Binding）或"动态绑定"（Dynamic Binding），这意味着函数的调用不是在编译时决定的，而是在运行时根据对象的实际类型来决定。

虚函数和动态绑定

当一个类中的函数被声明为虚函数时，它在任何派生类中都可以被重写（Override）。当我们通过基类的指针或引用调用一个虚函数时，运行时会根据对象的实际类型来决定调用哪个版本的函数，这就是动态绑定。

代码示例

让我们通过一个简单的例子来展示多态的实现。

假设我们有一个基类 Shape，它有一个虚函数 draw()，然后我们有两个派生类 Circle 和 Rectangle，它们各自重写了 draw() 函数。

#include <iostream>

// 基类 Shape
class Shape {
public:
    // 虚函数，提供基本接口
    virtual void draw() const {
        std::cout << "Drawing a shape." << std::endl;
    }
    
    // 虚析构函数，确保正确的析构过程
    virtual ~Shape() {}
};

// 派生类 Circle
class Circle : public Shape {
public:
    // 重写 draw 函数
    void draw() const override {
        std::cout << "Drawing a circle." << std::endl;
    }
};

// 派生类 Rectangle
class Rectangle : public Shape {
public:
    // 重写 draw 函数
    void draw() const override {
        std::cout << "Drawing a rectangle." << std::endl;
    }
};

// 主函数
int main() {
    Shape* shapes[3];
    shapes[0] = new Shape();
    shapes[1] = new Circle();
    shapes[2] = new Rectangle();

    // 通过基类指针调用函数，展示多态性
    for (int i = 0; i < 3; ++i) {
        shapes[i]->draw();
    }

    // 释放资源
    for (int i = 0; i < 3; ++i) {
        delete shapes[i];
    }

    return 0;
}

输出结果：

Drawing a shape.
Drawing a circle.
Drawing a rectangle.

解释

在上述代码中，我们创建了一个 Shape 类型的指针数组，其中包含了 Shape、Circle 和 Rectangle 类型的对象。当我们遍历这个数组并调用每个元素的 draw() 方法时，由于 draw() 被声明为虚函数，编译器会在运行时检查对象的实际类型，并调用相应类的 draw() 方法。这就是多态性的体现。

重要点

• 虚函数允许派生类重写基类中的函数。
• 通过基类的指针或引用调用虚函数时，会根据对象的实际类型来调用相应的版本。这种机制提供了极大的灵活性，允许在不修改现有代码的前提下，通过扩展和修改派生类来增加新的行为。