C++程序設計與實踐：10-虛函數(shù)和多態(tài)性

1、第九章 虛函數(shù)和多態(tài)性本章要點多態(tài)性的概念。多態(tài)性是指一種界面，多種實現(xiàn)。多態(tài)性分為靜態(tài)多態(tài)性和動態(tài)多態(tài)性。虛函數(shù)。函數(shù)重載是靜態(tài)多態(tài)性的具體示例，虛函數(shù)是動態(tài)多態(tài)性的具體示例。純虛函數(shù)和抽象類。純虛函數(shù)是在基類中說明的虛函數(shù)，在基類中沒有定義，要求任何派生類都必須定義自己的版本。如果一個類至少有一個純虛函數(shù)，則該類稱為抽象類。9.1 問題引入在完成了第八章中的所有類型設計和編碼后，可以編寫這樣的測試代碼：期望得到如下輸出：Parallelogram: area = 35Rectangle: area = 72Diamond: area = 15Square: area = 49int mai

2、n()Parallelogram para(Parallelogram, 5, 7);Rectangle rect(Rectangle, 6, 12);Diamond diam(Diamond, 3, 5);Square sqr(Square, 7); List list; list += ¶list += ▭list += ⋄list += &sqr; list.traverse(access); return 0;void List:traverse(ACCESSFUN f) Node *p = head; while (p != NULL) f(p-quad

3、); p = p-next; void access(QUADPTR quad)cout what() : area = area () area()這樣的成員函數(shù)調用能取代基類的同名函數(shù)，那么就一定要使派生類的area()覆蓋(override)基類的同名函數(shù)9.3.1 虛函數(shù)的概念和特性1. 虛函數(shù)的概念要使派生類的成員函數(shù)覆蓋基類的同名成員，那么必須將基類的成員函數(shù)說明成是虛函數(shù)，其語法如下：class 類名public:virtual 成員函數(shù)名(參數(shù)列表);(ex9-1關鍵字virtual明確地告訴編譯器：該類派生類中的同名成員函數(shù)將覆蓋基類已定義的函數(shù)多態(tài)類多態(tài)類(polymorp

4、hic class)一個聲明了虛函數(shù)，或者其祖先類中包含了虛函數(shù)的類在繼承樹上，每一個設計良好(well-formed)的多態(tài)類都有一個最終覆蓋函數(shù)(final overrider)如果沒有，那么該派生類將從其祖先那里繼承過來。然而，這并不是一種好的設計，而是病態(tài)的(ill-formed)對虛成員的訪問在后代中，祖先的虛成員仍然是存在的、可訪問的例：double Parallelogram:area() const Quadrangle:area();return width * height; 但這種訪問只能在派生類中進行。虛特性一旦成員函數(shù)被說明成虛的，那么我們稱該函數(shù)具有“虛特性”特點：

5、虛特性必須賦予類的成員函數(shù)。不能將虛函數(shù)說明為全局(非成員的)函數(shù)，也不能說明為靜態(tài)成員函數(shù)。不能將友元說明為虛函數(shù)，但虛函數(shù)可以是另一個類的友元。虛特性的繼承虛特性是可以被繼承的。在繼承樹上，一旦基類中的某個函數(shù)被聲明成是虛的，那么其所有后代中原型相同的函數(shù)都將是虛的正如上例中的area()，后代中的該函數(shù)可以不必使用關鍵字virtual，因為它自動成為了虛函數(shù)。提問：如果派生類中重載了一個原型不同的函數(shù)，那么這個函數(shù)將會怎樣來影響虛特性的遺傳呢？(ex9-2)虛析構函數(shù)類的析構函數(shù)可以被說明成是虛函數(shù)，并且也應該是虛的。而類的構造函數(shù)不能為虛函數(shù)。提問：問什么類的析構函數(shù)應該是虛的？提示：

6、考慮用new創(chuàng)建的自由對象。例（ex9-3)解決問題的方法有兩個： 通過強制類型轉換將指針p轉換為派生類指針，具體做法如下：delete (Parallelogram *)(p); 將Quadrangle類的析構函數(shù)說明成是虛的：virtual Quadrangle() 9.3.2 虛函數(shù)的實現(xiàn)機制例9-4 含有虛函數(shù)的類的大小class QuadrangleWithNoVirtualprotected: int a;public: double area()return -1.0;virtual虛表編譯器首先要對每個包含虛函數(shù)的類創(chuàng)建一個虛表(VTABLE)。在VTABLE中，編譯器放置該類

7、的虛函數(shù)地址。在每個帶有虛函數(shù)的對象中，編譯器秘密地設置一個指針（ 就 是 多 出 的 那 部 分 數(shù) 據(jù) ） ， 稱 為 “ 虛 指 針(vpointer/VPTR)”，指向這個對象的VTABLE。Quadrangle對象VPTR&area()VTABLEParallelogram對象VPTR&area()VTABLEQuadrangle類型的指針為每個類設置VTABLE、初始化VPTR、為虛函數(shù)調用插入代碼，所有這些都是自動完成的虛函數(shù)應用場景那么，一個成員函數(shù)什么時候需要聲明為虛函數(shù)呢？主要考慮以下幾點： 首先考慮成員函數(shù)所在的類是否會做為基類。然后看成員函數(shù)在類的繼承后有無功能被修改？

8、如果希望修改其功能，一般將它聲明為虛函數(shù)。 如果成員函數(shù)在類被繼承之后功能不需要修改，或派生類中用不到該函數(shù)，則不要把它聲明為虛函數(shù)。 應當考慮對成員函數(shù)的調用是通過對象名還是基類指針或引用去訪問。如果通過基類指針或引用去訪問，則聲明為虛函數(shù)。 如果希望通過基類指針或者引用訪問派生類成員函數(shù)，但基類功能比較抽象或者不能確定功能，可以將基類定義為抽象類，即只定義函數(shù)名字，沒有函數(shù)體，具體功能由派生類添加。9.4 純虛函數(shù)和抽象類純虛(pure virtual)函數(shù)的引入基類往往表示一些抽象的概念。例如，Quadrangle是一個基類，它表示一個沒有具象的四邊形，從Quadrangle可以派生出其

9、它具體的形體類。在這棵繼承樹上，基類Quadrangle體現(xiàn)了一個抽象的概念在這種情況下，基類的有些虛函數(shù)沒有定義是很正常的，但是要求派生類必須重定義這些虛函數(shù)，以使派生類有意義純虛函數(shù)純虛函數(shù)是一個在基類中說明的虛函數(shù)，它在該基類中沒有定義，要求任何派生類都必須定義自己的版本。為說明一個純虛函數(shù)，使用下列一般形式：class Quadranglepublic:virtual double area() = 0;在類的構造和析構函數(shù)中可以調用普通成員函數(shù)甚至普通虛成員，但如果直接或間接調用了純虛成員，那么該類的行為是不可預知的。因此，應該杜絕這類行為。抽象類如果一個類至少有一個純虛函數(shù)，那么就

10、稱該類為“抽象類(abstract class) ”假設類A是一個抽象類，那么它的特點是：不能創(chuàng)建抽象類A的對象。抽象類A只能用作其它類的基類。例如：A obj; /errorclass B : public A ; /OK抽象類 在抽象類的派生類中，如果純虛函數(shù)的最終覆蓋函數(shù)仍是一個純虛函數(shù)（即仍未提供一個函數(shù)體），那么該派生類仍是一個抽象類。抽象類 抽象類不能用作函數(shù)的參數(shù)類型、返回類型。例如：int f(A a); /errorA g() ; /error 可以聲明抽象類的指針和引用，它們可以作為函數(shù)的參數(shù)或返回類型。例如：A &r = obj, *p = &obj; /OKint h(A *, A&); /OKA* k(); /OKA& s(); /OK抽象類 抽象類不能作為顯式轉換的類型。例如：class Cpublic:operator A() ;抽象類提問1：在類中聲明了純虛函數(shù)后，可以為該函數(shù)定義函數(shù)體嗎？答案是肯定的。例如：class Quadranglepublic:virtual double area() = 0;double Quadrangle