面试题：C++函数重载与虚函数在多态性实现中的角色及应用场景

函数重载的角色

角色：函数重载允许在同一作用域内定义多个同名函数，但这些函数的参数列表（参数个数、类型或顺序）不同。编译器根据调用函数时提供的实际参数来决定调用哪个重载版本的函数。它是C++静态多态（编译时多态）的一种体现。

虚函数的角色

角色：虚函数是在基类中声明为 virtual 的成员函数，派生类可以重写（override）这些虚函数。通过基类指针或引用调用虚函数时，实际调用的是派生类中重写的版本，这是C++动态多态（运行时多态）的基础。

函数重载的应用场景

数学计算函数
- 为何选择：在进行数学计算时，经常需要对不同类型的数据进行相同功能的操作，如加法运算。通过函数重载，可以方便地为不同类型（如整数、浮点数等）提供同名的加法函数，提高代码的可读性和复用性。
- 对程序设计和运行的影响：设计上，使得代码结构更清晰，针对不同数据类型的相同操作可以统一命名。运行时，编译器根据参数类型在编译阶段就确定调用哪个函数版本，提高了执行效率。
```
int add(int a, int b) {
    return a + b;
}
double add(double a, double b) {
    return a + b;
}
```
输入输出处理
- 为何选择：在处理输入输出时，不同类型的数据可能需要不同的输出格式。通过函数重载，可以为不同类型的数据提供专门的输出函数，方便用户调用。
- 对程序设计和运行的影响：程序设计上，将不同类型数据的输出逻辑分离，增强了代码的可维护性。运行时，同样是在编译阶段确定调用哪个函数，保证高效执行。
```
void print(int num) {
    std::cout << "Integer: " << num << std::endl;
}
void print(const char* str) {
    std::cout << "String: " << str << std::endl;
}
```

虚函数的应用场景

图形绘制系统
- 为何选择：在图形绘制系统中，有多种图形类型（如圆形、矩形、三角形等），每种图形都有自己的绘制逻辑。将绘制函数定义为虚函数，在基类 Shape 中声明，派生类（如 Circle、Rectangle、Triangle）重写该虚函数。这样，通过一个基类指针或引用，可以根据实际指向的对象类型动态调用正确的绘制函数，实现多态性。
- 对程序设计和运行的影响：程序设计上，符合面向对象的设计原则，将公共行为抽象到基类，不同实现由派生类负责，提高了代码的可扩展性和可维护性。运行时，根据实际对象类型在运行阶段决定调用哪个派生类的绘制函数，增加了程序的灵活性。
```
class Shape {
public:
    virtual void draw() const = 0;
};
class Circle : public Shape {
public:
    void draw() const override {
        std::cout << "Drawing a circle" << std::endl;
    }
};
class Rectangle : public Shape {
public:
    void draw() const override {
        std::cout << "Drawing a rectangle" << std::endl;
    }
};
```
游戏角色行为
- 为何选择：游戏中有多种角色（如战士、法师、刺客等），每个角色都有自己独特的攻击行为。将攻击函数定义为虚函数，在基类 Character 中声明，派生类（如 Warrior、Mage、Assassin）重写该虚函数。这样，在游戏运行过程中，根据实际的角色类型动态调用相应的攻击函数。
- 对程序设计和运行的影响：程序设计上，易于对不同角色的行为进行管理和扩展。运行时，根据实际角色类型在运行时决定攻击行为，增强了游戏的趣味性和灵活性。
```
class Character {
public:
    virtual void attack() const = 0;
};
class Warrior : public Character {
public:
    void attack() const override {
        std::cout << "Warrior attacks with a sword" << std::endl;
    }
};
class Mage : public Character {
public:
    void attack() const override {
        std::cout << "Mage casts a spell" << std::endl;
    }
};
```

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面试题：C++函数重载与虚函数在多态性实现中的角色及应用场景

知识考点

面试题答案

函数重载的角色

虚函数的角色

函数重载的应用场景

虚函数的应用场景