第5章多態(tài)性與虛函數(shù)本章的學(xué)習(xí)目的

客觀世界中的事物多種多樣、千姿百態(tài)，各類事物都有其特殊性，這就是客觀世界的多態(tài)性。為了正確反映客觀世界的多態(tài)性，面向?qū)ο蠹夹g(shù)中也提供了多態(tài)性機(jī)制，使多態(tài)性成為了面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的重要特征。所謂多態(tài)性就是在類層次結(jié)構(gòu)的相同類或不同類中，可用相同的函數(shù)名實現(xiàn)功能不同的操作。多態(tài)性的應(yīng)用使編程更為簡捷、便利，它為程序的模塊化設(shè)計提供了又一支持手段。

因此，在學(xué)過面向?qū)ο蟮姆庋b性和繼承性編程機(jī)制之后，我們還應(yīng)該了解和掌握多態(tài)性編程機(jī)制，以提高我們的面向?qū)ο缶幊棠芰Α１菊碌膶W(xué)習(xí)內(nèi)容多態(tài)性的概念靜態(tài)聯(lián)編和動態(tài)聯(lián)編的概念虛函數(shù)的概念抽象類的概念

5.1多態(tài)性的概念

多態(tài)性是指在類層次結(jié)構(gòu)的相同類或不同類中,可用相同的函數(shù)名實現(xiàn)功能不同的操作，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)，實現(xiàn)不同情況下的不同操作。如下圖所示。C++支持的多態(tài)可以分為兩種類型：編譯時多態(tài)：在同一個類或不同類中可用相同的函數(shù)名和不同的參數(shù)表來實現(xiàn)不同的功能操作，編譯系統(tǒng)在編譯階段就可以根據(jù)調(diào)用函數(shù)的參數(shù)表來確定調(diào)用哪個同名函數(shù)。classpointer{intx,y;public:

pointer(intcx,intcy){x=cx;y=cy;}

pointer(constpointer&p){x=p.x;y=p.y;}……;};voidmain(){pointerob1(40,50);pointerob2=ob1;……}運(yùn)行時多態(tài)：在類的繼承層次結(jié)構(gòu)中，不同層次的類中可能具有同名但實現(xiàn)不同的函數(shù)，需要在運(yùn)行階段才能根據(jù)對象所屬的層次來確定調(diào)用哪個類中的同名函數(shù)。5.2聯(lián)編多態(tài)性的實現(xiàn)過程中，把一個消息函數(shù)（如student1.display())與一個對象的具體函數(shù)體相聯(lián)系的過程叫做聯(lián)編（binding）。按照聯(lián)編時所處階段的不同，可以把聯(lián)編分為靜態(tài)聯(lián)編和動態(tài)聯(lián)編，這兩種聯(lián)編過程分別對應(yīng)著多態(tài)性的兩種實現(xiàn)方式。5.2.1靜態(tài)聯(lián)編

在編譯階段由編譯系統(tǒng)根據(jù)調(diào)用函數(shù)的操作參數(shù)來確定調(diào)用哪個同名函數(shù),并將函數(shù)調(diào)用與該函數(shù)體連接起來.voidmain(){Students1,*ps;GStudents2;s1.print();s2.print();s2.Student::print();ps=&s1;ps->print();ps=&s2;ps->print();}

Astudent

Agraduatestudent

Astudent

Astudent

Astudent5.2.2動態(tài)聯(lián)編只有在運(yùn)行程序時才能根據(jù)函數(shù)調(diào)用指令來確定將要調(diào)用的函數(shù)，這種在運(yùn)行階段進(jìn)行的聯(lián)編稱為動態(tài)聯(lián)編。例如，下例中用指針調(diào)用同名函數(shù)。動態(tài)聯(lián)編的優(yōu)點(diǎn)是提供了更好的編程靈活性、問題的抽象性和程序的易維護(hù)性，缺點(diǎn)是與靜態(tài)聯(lián)編相比，函數(shù)調(diào)用速度慢。（如p->print();

）問題的抽象性：在實際應(yīng)用中，編程人員不必過多地考慮類的層次關(guān)系，無須顯式地寫出虛函數(shù)的路徑，只需將對象指針指向相應(yīng)的派生類對象或引用相應(yīng)的對象，通過動態(tài)聯(lián)編就可以對消息做出正確的反應(yīng)。（如p->print();

）5.3.2虛函數(shù)的使用如果某類中的一個成員函數(shù)被說明為虛函數(shù)，這就意味著該成員函數(shù)在派生類中可能有不同的函數(shù)實現(xiàn)。當(dāng)使用對象指針或?qū)ο笠谜{(diào)用虛函數(shù)時，就可實現(xiàn)動態(tài)聯(lián)編，即在運(yùn)行時進(jìn)行關(guān)聯(lián)或綁定。定義一個基類的對象指針就可以指向不同派生類的對象,來調(diào)用不同派生類的虛函數(shù);(2)只有通過對象指針或?qū)ο笠脕碚{(diào)用虛函數(shù),才能實現(xiàn)動態(tài)聯(lián)編。如果采用對象來調(diào)用虛函數(shù),則采用的仍然是靜態(tài)聯(lián)編方式。例5-2靜態(tài)聯(lián)編和動態(tài)聯(lián)編

#include<iostream.h>classStudent{public:

virtual

voidprint(){cout<<“Astudent”<<endl;}

};classGStudent:publicStudent{public:

virtualvoidprint(){cout<<“Agraduatestudent”<<endl;}};voidmain(){Students1,*ps;GStudents2;s1.print();s2.print();s2.Student::print();

ps=&s1;

ps->print();

ps=&s2;

ps->print();}Astudent

Agraduatestudent

Astudent

Astudent

Agraduatestudent（2）一般來說，可將類族中的具有共性的成員函數(shù)聲明為虛函數(shù)，而具有個性的函數(shù)沒有必要聲明為虛函數(shù)。如果在派生類中沒有重新定義虛函數(shù)，則派生類的對象將使用基類的虛函數(shù)代碼。靜態(tài)成員函數(shù)不能聲明為虛函數(shù)。內(nèi)聯(lián)成員函數(shù)不能聲明為虛函數(shù)。因為對于內(nèi)聯(lián)成員函數(shù)，在程序編譯時，編譯系統(tǒng)就應(yīng)明確用哪個函數(shù)體替換內(nèi)聯(lián)函數(shù)調(diào)用的地方，而不能等到運(yùn)行時再確定調(diào)用哪個函數(shù)。構(gòu)造函數(shù)不能是虛函數(shù)。因為構(gòu)造函數(shù)是在對象產(chǎn)生之前運(yùn)行的，而虛函數(shù)是使用已有對象或其指針來調(diào)用的函數(shù)。所以，將構(gòu)造函數(shù)聲明為虛函數(shù)是沒有意義的。析構(gòu)函數(shù)可以是虛函數(shù)，且往往被定義成虛函數(shù)。因為實施多態(tài)時是通過將基類的指針指向派生類的對象來完成的，如果要刪除該指針?biāo)傅呐缮悓ο髸r就應(yīng)該調(diào)用該指針?biāo)赶虻呐缮惖奈鰳?gòu)函數(shù)，然后派生類的析構(gòu)函數(shù)又調(diào)用基類的析構(gòu)函數(shù)，這樣整個派生類的對象才能被完全釋放。5.4抽象類有時在聲明一個基類時無法為虛函數(shù)定義其具體實現(xiàn)，這時可以將其聲明為一個純虛函數(shù)。包含純虛函數(shù)的類稱為抽象類。例如：classShapes

{protected:

int

x,y;public:voidsetvalue(int

d,intw=0){x=d;y=w;}

virtual

voiddisp()=0;};

5.4.1純虛函數(shù)的定義在C++中，一個僅為多態(tài)機(jī)制提供一個接口而沒有任何實體定義的函數(shù)，被稱為純虛函數(shù)。聲明純虛函數(shù)的一般格式如下：抽象類只能用作其他類的基類，不能用來建立抽象類對象。抽象類不能用作參數(shù)類型、函數(shù)返回值類型或顯式轉(zhuǎn)換的類型，但可以說明或定義抽象類的指針或引用，該指針或引用可以指向抽象類的派生類對象，進(jìn)而實現(xiàn)多態(tài)性。virtual<返回值類型><函數(shù)名>(<參數(shù)表>)=0;

例5-3抽象類的定義和應(yīng)用classShapes

{protected:intx,y;public:voidsetvalue(intd,intw=0){x=d;y=w;}

virtualvoiddisp()=0;};classSquare:publicShapes{public:voiddisp(){cout<<“areaofrectangle:”<<x*y<<endl;}};voidmain(){Shapes*ptr;SquareS1;ptr=&S1;ptr->setvalue(10,5);ptr->disp();}程序的運(yùn)行結(jié)果為:areaofrectangular:50

習(xí)題和實驗題

項目設(shè)計1----用面向?qū)ο蠓椒▽崿F(xiàn)校園信息管理系統(tǒng)1系統(tǒng)分析和設(shè)計校園信息管理系統(tǒng)的主要功能就是對在校人員(包括學(xué)生和教師)的信息資料進(jìn)行管理。

另外，為了便于對教師和學(xué)生信息進(jìn)行統(tǒng)一處理以提高效率，還可以將學(xué)校的所有人員抽象為一個Person類，將student和teacher類作為其派生類。因此，可畫出系統(tǒng)的對象模型如下：person類定義數(shù)據(jù)類型描述namechar數(shù)組學(xué)生姓名sexchar數(shù)組學(xué)生性別addresschar數(shù)組學(xué)生家庭地址birthdayDate(自定義結(jié)構(gòu)）出生日期typeptype

(自定義枚舉類型）student或teachershow虛成員函數(shù)輸出對象信息read虛成員函數(shù)讀入對象信息save虛成員函數(shù)將對