C程序設(shè)計(jì)《多態(tài)性與虛函數(shù)》.ppt

1、1,C+程序設(shè)計(jì),多態(tài)性與虛函數(shù),2,第5章 多態(tài)性與虛函數(shù),什么是多態(tài)性 向上類型轉(zhuǎn)換 功能早綁定和晚綁定 實(shí)現(xiàn)功能晚綁定虛函數(shù) 純虛函數(shù)和抽象類 學(xué)生信息管理系統(tǒng)中的多態(tài)性,本章學(xué)習(xí)要點(diǎn),3,第5章 多態(tài)性與虛函數(shù),多態(tài)性是指用一個(gè)名字定義不同的函數(shù)，這些函數(shù)執(zhí)行不同但又類似的操作，從而可以使用相同的調(diào)用方式來調(diào)用這些具有不同功能的同名函數(shù)。 實(shí)現(xiàn)“一個(gè)接口，多種方法”,4,5.1 什么是多態(tài)性,多態(tài)性可以分為4類： 參數(shù)多態(tài) 包含多態(tài) 重載多態(tài) 強(qiáng)制多態(tài)。,5,5.1 什么是多態(tài)性,參數(shù)多態(tài)如函數(shù)模板和類模板。 由函數(shù)模板實(shí)例化的各個(gè)函數(shù)都具有相同的操作，而這些函數(shù)的參數(shù)類型卻各不相同。

2、同樣地，由類模板實(shí)例化的各個(gè)類都具有相同的操作，而操作對象的類型是各不相同的。,6,5.1 什么是多態(tài)性,包含多態(tài)是研究類族中定義于不同類中的同名成員函數(shù)的多態(tài)行為，主要是通過虛函數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。,7,5.1 什么是多態(tài)性,重載多態(tài)如函數(shù)重載、運(yùn)算符重載等。前面我們學(xué)習(xí)過的普通函數(shù)及類的成員函數(shù)的重載都屬于重載多態(tài)。,8,5.1 什么是多態(tài)性,強(qiáng)制多態(tài)是指將一個(gè)變元的類型加以變化，以符合一個(gè)函數(shù)（或操作）的要求，例如加法運(yùn)算符在進(jìn)行浮點(diǎn)數(shù)與整型數(shù)相加時(shí)，首先進(jìn)行類型強(qiáng)制轉(zhuǎn)換，把整型數(shù)變?yōu)楦↑c(diǎn)數(shù)再相加的情況，就是強(qiáng)制多態(tài)的實(shí)例。,9,5.2 向上類型轉(zhuǎn)換,向上類型轉(zhuǎn)換是指把一個(gè)派生類的對象作為基類的

3、對象來使用。 向上轉(zhuǎn)型中有三點(diǎn)需要我們特別注意。 向上類型轉(zhuǎn)換是安全的。 向上類型轉(zhuǎn)換可以自動(dòng)完成。 向上類型轉(zhuǎn)換的過程中會丟失子類型信息。,10,5.2 向上類型轉(zhuǎn)換,【例5-1】一個(gè)向上類型轉(zhuǎn)換的例子。 #include using namespace std; class B0 /基類B0聲明 public: void display()coutdisplay(); /通過“對象指針-成員名”的形式調(diào)用display()成員函數(shù) int main() B0 b0; /聲明B0類對象 B1 b1; /聲明B1類對象 D1 d1; /聲明D1類對象 B0 *p; /聲明B0類指針p p=,1

4、1,5.3 功能早綁定和晚綁定,功能早綁定(編譯時(shí)的多態(tài)性):綁定是在程序編譯階段完成。功能早綁定時(shí)，系統(tǒng)用實(shí)參與形參進(jìn)行匹配，對于同名的重載函數(shù)便根據(jù)參數(shù)上的差異進(jìn)行區(qū)分，然后進(jìn)行綁定，從而實(shí)現(xiàn)了編譯時(shí)的多態(tài)性。 功能晚綁定(運(yùn)行時(shí)的多態(tài)性):綁定是在程序運(yùn)行階段完成的。即當(dāng)程序調(diào)用到某一函數(shù)名時(shí)，才去尋找和連接其程序代碼，對面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)而言，就是當(dāng)對象接收到某一消息時(shí)，才去尋找和連接相應(yīng)的方法。,12,5.4 實(shí)現(xiàn)功能晚綁定虛函數(shù),成員函數(shù)的定義語法是： virtual 函數(shù)類型 函數(shù)名(形參表) 函數(shù)體 ,13,5.2 向上類型轉(zhuǎn)換,【例5-3】 有一個(gè)交通工具類vehicle，將它

5、作為基類派生出汽車類motor_ vehicle ，再將汽車類motor_ vehicle 作為基類派生出小汽車類car和卡車類truck，聲明這些類并定義一個(gè)虛函數(shù)用來顯示各類信息。程序如下： #include using namespace std; class vehicle/基類vehicle聲明 public: virtual void message() /虛成員函數(shù) coutvehicle message endl; private: int wheels; /車輪個(gè)數(shù) float weight; /車重 ;,14,5.2 向上類型轉(zhuǎn)換,class motor_vehicle:

6、public vehicle /vehicle派生類motor_vehicle聲明 public: void message() cout motor_ vehicle message endl; private: int passengers; /承載人數(shù) ; class car: public motor_vehicle /motor_ vehicle的派生類car聲明 public: void message() coutcar message endl; private: float engine; /發(fā)動(dòng)機(jī)的馬力數(shù) ; class truck: public motor_vehicl

7、e /motor_vehicle的派生類truck聲明 public: void message() cout truck message endl; private: int loadpay ; /載重量 ;,15,5.2 向上類型轉(zhuǎn)換,int main() vehicle v,*p;/聲明vehicle類對象和基類指針p motor_vehicle m; /聲明motor_ vehicle類對象 car c; /聲明car類對象 truck t; /聲明truck類對象 p= ,16,5.4 實(shí)現(xiàn)功能晚綁定虛函數(shù),C+規(guī)定，如果在派生類中，沒有用virtual顯式地給出虛函數(shù)聲明，這時(shí)系統(tǒng)

8、就會遵循以下的規(guī)則來判斷一個(gè)成員函數(shù)是不是虛函數(shù)： （1）該函數(shù)與基類的虛函數(shù)有相同的名稱。 （2）該函數(shù)與基類的虛函數(shù)有相同的參數(shù)個(gè)數(shù)及相同的對應(yīng)參數(shù)類型。 （3）該函數(shù)與基類的虛函數(shù)有相同的返回類型或者滿足賦值兼容規(guī)則的指針、引用型的返回類型。,17,5.4 實(shí)現(xiàn)功能晚綁定虛函數(shù),說明： 通過定義虛函數(shù)來使用C+提供的多態(tài)性機(jī)制時(shí)，派生類應(yīng)該從它的基類公用派生。之所以有這個(gè)要求，是因?yàn)槲覀兪窃谫x值兼容規(guī)則的基礎(chǔ)上來使用虛函數(shù)的，而賦值兼容規(guī)則成立的前提條件是派生類從其基類公用派生。 必須首先在基類中定義虛函數(shù)。由于“基類”與“派生類”是相對的，因此，這項(xiàng)說明并不表明必須在類等級的最高層類中

9、聲明虛函數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)該在類等級內(nèi)需要具有動(dòng)態(tài)多態(tài)性的幾個(gè)層次中的最高層類內(nèi)首先聲明虛函數(shù)。 在派生類對基類中聲明的虛函數(shù)進(jìn)行重新定義時(shí)，關(guān)鍵字virtual可以寫也可以不寫。但為了增強(qiáng)程序的可讀性，最好在對派生類的虛函數(shù)進(jìn)行重新定義時(shí)也加上關(guān)鍵字virtual。 如果在派生類中沒有對基類的虛函數(shù)重新定義，則派生類簡單地繼承其直接基類的虛函數(shù)。 雖然使用對象名和點(diǎn)運(yùn)算符的方式也可以調(diào)用虛函數(shù)，例如語句：c.message (); 可以調(diào)用虛函數(shù)car: message () 。但是這種調(diào)用在編譯時(shí)進(jìn)行的是功能早綁定，它沒有充分利用虛函數(shù)的特性。只有通過基類指針或引用訪問虛函數(shù)時(shí)才能獲得運(yùn)

10、行時(shí)的多態(tài)性。,18,5.4 實(shí)現(xiàn)功能晚綁定虛函數(shù),一個(gè)虛函數(shù)無論被公用繼承多少次，它仍然保持其虛函數(shù)的特性。 虛函數(shù)必須是其所在類的成員函數(shù)，而不能是友元函數(shù)，也不能是靜態(tài)成員函數(shù)，因?yàn)樘摵瘮?shù)調(diào)用要靠特定的對象來決定該激活哪個(gè)函數(shù)。但是虛函數(shù)可以在另一個(gè)類中被聲明為友元函數(shù)。 內(nèi)聯(lián)函數(shù)不能是虛函數(shù)，因?yàn)閮?nèi)聯(lián)函數(shù)是不能在運(yùn)行中動(dòng)態(tài)確定其位置的。即使虛函數(shù)在類的內(nèi)部定義，編譯時(shí)仍將其看作是非內(nèi)聯(lián)的。 構(gòu)造函數(shù)不能是虛函數(shù)。因?yàn)樘摵瘮?shù)作為運(yùn)行過程中多態(tài)的基礎(chǔ)，主要是針對對象的，而構(gòu)造函數(shù)是在對象產(chǎn)生之前運(yùn)行的，因此虛構(gòu)造函數(shù)是沒有意義的。 析構(gòu)函數(shù)可以是虛函數(shù)，而且通常說明為虛函數(shù)。,19,5.4

11、 實(shí)現(xiàn)功能晚綁定虛函數(shù),在析構(gòu)函數(shù)前面加上關(guān)鍵字virtual進(jìn)行說明，則稱該析構(gòu)函數(shù)為虛析構(gòu)函數(shù)。虛析構(gòu)函數(shù)的聲明語法為： virtual 類名();,20,5.2 向上類型轉(zhuǎn)換,【例5-4】 在交通工具類vehicle中使用虛析構(gòu)函數(shù)。 #include using namespace std; class vehicle /基類vehicle聲明 public: vehicle () /構(gòu)造函數(shù) virtual vehicle () /虛析構(gòu)函數(shù) coutvehicle : vehicle() endl; private: int wheels; float weight; class

12、motor_vehicle:public vehicle /聲明vehicle的公用派生類motor_ vehicle public: motor_vehicle () /派生類構(gòu)造函數(shù) motor_vehicle () /派生類析構(gòu)函數(shù) coutmotor_ vehicle : motor_ vehicle() endl; private: int passengers; int main() vehicle *p; /聲明vehicle類指針p p=new motor_vehicle; delete p; return 0; ,21,5.4 實(shí)現(xiàn)功能晚綁定虛函數(shù),在一個(gè)派生類中重新定義基類

13、的虛函數(shù)不同于一般的函數(shù)重載： 函數(shù)重載處理的是同一層次上的同名函數(shù)問題，而虛函數(shù)處理的是同一類族中不同派生層次上的同名函數(shù)問題，前者是橫向重載，后者可以理解為縱向重載。但與重載不同的是: 同一類族的虛函數(shù)的首部是相同的，而函數(shù)重載時(shí)函數(shù)的首部是不同的(參數(shù)個(gè)數(shù)或類型不同)。 重載函數(shù)可以是成員函數(shù)或普通函數(shù)，而虛函數(shù)只能是成員函數(shù)； 重載函數(shù)的調(diào)用是以所傳遞參數(shù)序列的差別作為調(diào)用不同函數(shù)的依據(jù)；虛函數(shù)是根據(jù)對象的不同去調(diào)用不同類的虛函數(shù)； 虛函數(shù)在運(yùn)行時(shí)表現(xiàn)出多態(tài)功能，這是C+的精髓；而重載函數(shù)則在編譯時(shí)表現(xiàn)出多態(tài)性。,22,5.5 純虛函數(shù)和抽象類,純虛函數(shù)是一個(gè)在基類中說明的虛函數(shù)，它在

14、該基類中沒有定義，但要求在它的派生類中必須定義自己的版本，或重新說明為純虛函數(shù)。 純虛函數(shù)的定義形式如下： class 類名 virtual 函數(shù)類型 函數(shù)名(參數(shù)表)=0; ;,23,5.2 向上類型轉(zhuǎn)換,【例5-5】定義一個(gè)公共基類Shape，它表示一個(gè)封閉平面幾何圖形。然后，從Shape類派生出三角形類Trianglet、矩形類Rectangle和圓類Circle，在基類中定義純虛函數(shù)show()和area()，分別用于顯示圖形信息和求相應(yīng)圖形的面積，并在派生類中根據(jù)不同的圖形實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的函數(shù)。要求實(shí)現(xiàn)運(yùn)行時(shí)的多態(tài)性。 #include #include using namespace s

15、td; const double PI=3.1415926535; class Shape/形狀類 public: virtual void show()=0; virtual double area()=0; ;,24,5.2 向上類型轉(zhuǎn)換,class Rectangle:public Shape/矩形類 public: Rectangle()length=0; width=0; Rectangle(double len, double wid) length= len;width = wid; double area()return length*width; /求面積 void show

16、() coutlength=lengthtwidth=widthendl; private: double length, width; ; /長寬 class Circle :public Shape/圓類 public: Circle()radius = 0; Circle(double r)radius = r; double area()return PI*radius*radius; /求面積 void show()coutradius=radiusendl; private: double radius;,25,5.2 向上類型轉(zhuǎn)換,class Triangle:public Sh

17、ape/三角形類 public: Triangle()a=0;b=0;c=0; Triangle(double x,double y,double z)a = x;b = y;c = z; double area()/求面積 double s=(a+b+c)/2.0; return sqrt(s*(s-a)*(s-b)*(s-c); void show() couta=atb=btc=cendl; private: double a, b,c; /三角形三邊長 ;,26,5.2 向上類型轉(zhuǎn)換,int main() Shape *s; Circle c(10); Rectangle r(6,8)

18、; Triangle t(3,4,5); c.show();/靜態(tài)多態(tài) coutshow(); coutarea()show(); coutarea()endl; return 0; ,27,5.5 純虛函數(shù)和抽象類,如果一個(gè)類至少有一個(gè)純虛函數(shù)，那么就稱該類為抽象類。 對于抽象類的使用有以下幾點(diǎn)規(guī)定： （1）由于抽象類中至少包含一個(gè)沒有定義功能的純虛函數(shù)。因此，抽象類只能作為其他類的基類來使用，不能建立抽象類對象，這只能用來為派生類提供一個(gè)接口規(guī)范，其純虛函數(shù)的實(shí)現(xiàn)由派生類給出。 （2）不允許從具體類派生出抽象類，。所謂具體類，就是不包含純虛函數(shù)的普通類。 （3）抽象類不能用作參數(shù)類型、函數(shù)返回類型或顯式轉(zhuǎn)換的類型。 （4