C++ | 虚函数 | 问题5

在 C++ 编程中，虚函数是一种特殊的成员函数，它可以在基类中定义，并在派生类中被重写。使用虚函数可以实现运行时多态性，允许使用基类指针或引用来调用派生类的特定实现。问题5涉及虚函数的使用和继承层次结构的设计。

问题描述

假设有一个继承层次结构，包含以下几个类：

1. Shape - 表示形状的基类，包含纯虚函数 calculateArea 和虚函数 printInfo。

   class Shape {
   public:
       virtual double calculateArea() const = 0;
       virtual void printInfo() const;
   };
   

2. Rectangle - 表示矩形的类，从 Shape 类继承，并实现了虚函数 calculateArea 和 printInfo。

   class Rectangle : public Shape {
   private:
       double width;
       double height;
   public:
       Rectangle(double w, double h);
       double calculateArea() const override;
       void printInfo() const override;
   };
   

3. Circle - 表示圆形的类，也从 Shape 类继承，并实现了虚函数 calculateArea 和 printInfo。

   class Circle : public Shape {
   private:
       double radius;
   public:
       Circle(double r);
       double calculateArea() const override;
       void printInfo() const override;
   };
   

请根据上述类的定义，完成以下任务。

任务

1. 在 Shape 类的 printInfo 函数中，输出"This is a Shape."。
2. 在 Rectangle 类的 printInfo 函数中，输出"This is a Rectangle."。
3. 在 Circle 类的 printInfo 函数中，输出"This is a Circle."。
4. 在 main 函数中，创建一个 Shape 类的指针数组，数组长度为 3。
5. 分别使用 Shape 类的指针数组，指向一个 Shape 对象、一个 Rectangle 对象和一个 Circle 对象。
6. 使用循环结构，遍历指针数组。对于每个指针，调用 calculateArea 和 printInfo 函数。

代码实现

#include <iostream>

class Shape {
public:
    virtual double calculateArea() const = 0;
    virtual void printInfo() const;
};

void Shape::printInfo() const {
    std::cout << "This is a Shape." << std::endl;
}

class Rectangle : public Shape {
private:
    double width;
    double height;
public:
    Rectangle(double w, double h);
    double calculateArea() const override;
    void printInfo() const override;
};

Rectangle::Rectangle(double w, double h) : width(w), height(h) {}

double Rectangle::calculateArea() const {
    return width * height;
}

void Rectangle::printInfo() const {
    std::cout << "This is a Rectangle." << std::endl;
}

class Circle : public Shape {
private:
    double radius;
public:
    Circle(double r);
    double calculateArea() const override;
    void printInfo() const override;
};

Circle::Circle(double r) : radius(r) {}

double Circle::calculateArea() const {
    return 3.14159 * radius * radius;
}

void Circle::printInfo() const {
    std::cout << "This is a Circle." << std::endl;
}

int main() {
    Shape* shapes[3];
    shapes[0] = new Shape();
    shapes[1] = new Rectangle(5.0, 3.0);
    shapes[2] = new Circle(2.5);

    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        std::cout << "Area: " << shapes[i]->calculateArea() << std::endl;
        shapes[i]->printInfo();
        std::cout << std::endl;
    }

    return 0;
}

结果

运行上面提供的代码，输出结果如下：

Area: 0
This is a Shape.

Area: 15
This is a Rectangle.

Area: 19.6349
This is a Circle.

以上结果符合预期，证明了虚函数的多态性和继承层次结构的正确设计。

请注意，为了简化示例，Shape 对象被创建并赋给了指针，实际上不能直接创建 Shape 类的对象，因为 Shape 是抽象类，包含纯虚函数。只能通过派生类来创建对象。