第八章多態(tài)性

1、C+語言程序設(shè)計(下)多態(tài)性運(yùn)算符重載虛函數(shù)純虛函數(shù)抽象類多態(tài)性是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的重要特征之一。多態(tài)性是指發(fā)出同樣的消息被不同類型的對象接收時導(dǎo)致完全不同的行為。消息主要指對類的成員函數(shù)的調(diào)用。多態(tài)的實(shí)現(xiàn)：函數(shù)重載運(yùn)算符重載虛函數(shù)動態(tài)：運(yùn)行時的多態(tài)靜態(tài)：編譯時的多態(tài)靜態(tài)：編譯時的多態(tài)聯(lián)編（聯(lián)編（bindingbinding):):是指計算機(jī)程序自身彼此關(guān)聯(lián)的過程是指計算機(jī)程序自身彼此關(guān)聯(lián)的過程聯(lián)編工作在編譯連接階段完成的情況稱為：聯(lián)編工作在編譯連接階段完成的情況稱為：靜態(tài)聯(lián)編靜態(tài)聯(lián)編聯(lián)編在程序運(yùn)行階段完成的情況稱為：聯(lián)編在程序運(yùn)行階段完成的情況稱為：動態(tài)聯(lián)編動態(tài)聯(lián)編。class comple

2、x/復(fù)數(shù)類聲明public:complex(double r=0.0,double i=0.0)real=r;imag=i; /構(gòu)造函數(shù)void display（ ）;/顯示復(fù)數(shù)的值private:double real;double imag;問題舉例問題舉例復(fù)數(shù)的運(yùn)算復(fù)數(shù)的運(yùn)算8.2 8.2 運(yùn)算符重載運(yùn)算符重載用“+”、“-”能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)數(shù)的加減運(yùn)算嗎？實(shí)現(xiàn)復(fù)數(shù)加減運(yùn)算的方法 重載“+”、“-”運(yùn)算符運(yùn)算符重載是對已有的運(yùn)算符賦予多重含義必要性C+中預(yù)定義的運(yùn)算符其運(yùn)算對象只能是基本數(shù)據(jù)類型，而不適用于用戶自定義類型（如類）實(shí)現(xiàn)機(jī)制將指定的運(yùn)算表達(dá)式轉(zhuǎn)化為對運(yùn)算符函數(shù)的調(diào)用，運(yùn)算對象轉(zhuǎn)化為

3、運(yùn)算符函數(shù)的實(shí)參。編譯系統(tǒng)對重載運(yùn)算符的選擇，遵循函數(shù)重載的選擇原則?？梢灾剌dC+中除下列運(yùn)算符外的所有運(yùn)算符：. .* : ?:只能重載C+語言中已有的運(yùn)算符，不可臆造新的。不改變原運(yùn)算符的優(yōu)先級和結(jié)合性。不能改變操作數(shù)個數(shù)。經(jīng)重載的運(yùn)算符，其操作數(shù)中至少應(yīng)該有一個是自定義類型。重載為類成員函數(shù)。重載為友元函數(shù)。聲明形式函數(shù)類型 operator 運(yùn)算符（形參） .重載為類成員函數(shù)時 參數(shù)個數(shù)=原操作數(shù)個數(shù)-1（后置+、-除外）重載為友元函數(shù)時 參數(shù)個數(shù)=原操作數(shù)個數(shù)，且至少應(yīng)該有一個自定義類型的形參。雙目運(yùn)算符 B如果要重載 B 為類成員函數(shù)，使之能夠?qū)崿F(xiàn)表達(dá)式 oprd1 B oprd2

4、，其中 oprd1 為A 類對象，則 B 應(yīng)被重載為 A 類的成員函數(shù)，形參類型應(yīng)該是 oprd2 所屬的類型。經(jīng)重載后，表達(dá)式 oprd1 B oprd2 相當(dāng)于 oprd1.operator B(oprd2) 將“+”、“-”運(yùn)算重載為復(fù)數(shù)類的成員函數(shù)。 規(guī)則:實(shí)部和虛部分別相加減。 操作數(shù):兩個操作數(shù)都是復(fù)數(shù)類的對象。#includeclass complex/復(fù)數(shù)類聲明public:/外部接口complex(double r=0.0,double i=0.0)real=r;imag=i; /構(gòu)造函數(shù)complex operator + (complex c2); /+重載為成員函數(shù)co

5、mplex operator - (complex c2); /-重載為成員函數(shù)void display（ ）;/輸出復(fù)數(shù)private:/私有數(shù)據(jù)成員double real;/復(fù)數(shù)實(shí)部double imag;/復(fù)數(shù)虛部;complex complex:operator +(complex c2) /重載函數(shù)實(shí)現(xiàn)complex c;c.real=c2.real+real;c.imag=c2.imag+imag;return complex(c.real,c.imag);complex complex:operator -(complex c2) /重載函數(shù)實(shí)現(xiàn)complex c;c.real=

6、real-c2.real;c.imag=imag-c2.imag;return complex(c.real,c.imag);void complex:display（ ） cout(real,imag)endl; void main（ ） /主函數(shù) complex c1(5,4),c2(2,10),c3; /聲明復(fù)數(shù)類的對象coutc1=; c1.display（ ）;coutc2=; c2.display（ ）;c3=c1-c2;/使用重載運(yùn)算符完成復(fù)數(shù)減法coutc3=c1-c2=;c3.display（ ）;c3=c1+c2;/使用重載運(yùn)算符完成復(fù)數(shù)加法coutc3=c1+c2=;c3

7、.display（ ）;程序輸出的結(jié)果為：c1=(5,4)c2=(2,10)c3=c1-c2=(3,-6)c3=c1+c2=(7,14)前置單目運(yùn)算符 U如果要重載 U 為類成員函數(shù)，使之能夠?qū)崿F(xiàn)表達(dá)式 U oprd，其中 oprd 為A類對象，則 U 應(yīng)被重載為 A 類的成員函數(shù)，無形參。經(jīng)重載后，表達(dá)式 U oprd 相當(dāng)于 oprd.operator U（ ）后置單目運(yùn)算符 +和-如果要重載 +或-為類成員函數(shù)，使之能夠?qū)崿F(xiàn)表達(dá)式 oprd+ 或 oprd- ，其中 oprd 為A類對象，則 +或- 應(yīng)被重載為 A 類的成員函數(shù)，且具有一個 int 類型形參。經(jīng)重載后，表達(dá)式 oprd+

8、 相當(dāng)于 oprd.operator +(0)運(yùn)算符前置+和后置+重載為時鐘類的成員函數(shù)。前置單目運(yùn)算符，重載函數(shù)沒有形參，對于后置單目運(yùn)算符，重載函數(shù)需要有一個整型形參。操作數(shù)是時鐘類的對象。實(shí)現(xiàn)時間增加1秒鐘。#includeclass Clock /時鐘類聲明public:/外部接口Clock(int NewH=0, int NewM=0, int NewS=0);void ShowTime（ ）;void operator +（ ）; /前置單目運(yùn)算符重載void operator +(int); /后置單目運(yùn)算符重載private:/私有數(shù)據(jù)成員int Hour, Minute, S

9、econd;void Clock:operator +（ ）/前置單目運(yùn)算符重載函數(shù)Second+;if(Second=60) Second=Second-60;Minute+;if(Minute=60) Minute=Minute-60;Hour+;Hour=Hour%24;cout=60) Second=Second-60;Minute+;if(Minute=60) Minute=Minute-60;Hour+;Hour=Hour%24;coutClock+: ;/其它成員函數(shù)的實(shí)現(xiàn)略void main（ ）Clock myClock(23,59,59);coutFirst time ou

10、tput:;myClock.ShowTime（ ）;myClock+;myClock.ShowTime（ ）;+myClock;myClock.ShowTime（ ）;程序運(yùn)行結(jié)果為：First time output:23:59:59Clock+: 0:0:0+Clock: 0:0:1如果需要重載一個運(yùn)算符，使之能夠用于操作某類對象的私有成員，可以此將運(yùn)算符重載為該類的友元函數(shù)。函數(shù)的形參代表依自左至右次序排列的各操作數(shù)。后置單目運(yùn)算符 +和-的重載函數(shù)，形參列表中要增加一個int，但不必寫形參名。雙目運(yùn)算符 B重載后，表達(dá)式oprd1 B oprd2 等同于operator B(oprd1

11、,oprd2 )前置單目運(yùn)算符 B重載后，表達(dá)式 B oprd 等同于operator B(oprd )后置單目運(yùn)算符 +和-重載后，表達(dá)式 oprd B 等同于operator B(oprd,0 )將+、-（雙目）重載為復(fù)數(shù)類的友元函數(shù)。兩個操作數(shù)都是復(fù)數(shù)類的對象。#includeclass complex/復(fù)數(shù)類聲明public:/外部接口complex(double r=0.0,double i=0.0) real=r; imag=i; /構(gòu)造函數(shù)friend complex operator + (complex c1,complex c2);/運(yùn)算符+重載為友元函數(shù)friend co

12、mplex operator - (complex c1,complex c2);/運(yùn)算符-重載為友元函數(shù)void display（ ）;/顯示復(fù)數(shù)的值private:/私有數(shù)據(jù)成員double real;double imag;complex operator +(complex c1,complex c2)/運(yùn)算符重載友元函數(shù)實(shí)現(xiàn) return complex(c2.real+c1.real, c2.imag+c1.imag);complex operator -(complex c1,complex c2)/運(yùn)算符重載友元函數(shù)實(shí)現(xiàn) return complex(c1.real-c2.re

13、al, c1.imag-c2.imag);/ 其它函數(shù)和主函數(shù)同例8.1聯(lián)編：程序自身彼此關(guān)聯(lián)的過程，確定程序中的操作調(diào)用與執(zhí)行該操作的代碼間的關(guān)系。靜態(tài)聯(lián)編（靜態(tài)束定）聯(lián)編工作出現(xiàn)在編譯階段，用對象名或者類名來限定要調(diào)用的函數(shù)。動態(tài)聯(lián)編聯(lián)編工作在程序運(yùn)行時執(zhí)行，在程序運(yùn)行時才確定將要調(diào)用的函數(shù)。例例例例#includeclass Point public:Point(double i, double j) x=i; y=j;double Area（ ） const return 0.0; private:double x, y;class Rectangle:public Point pub

14、lic:Rectangle(double i, double j, double k, double l);double Area（ ） const return w*h; private:double w,h;靜態(tài)聯(lián)編例靜態(tài)聯(lián)編例Rectangle:Rectangle(double i, double j, double k, double l) :Point(i,j) w=k; h=l; void fun(Point &s) coutArea=s.Area（ ）endl; void main（ ）Rectangle rec(3.0, 5.2, 15.0, 25.0);fun(rec

15、);運(yùn)行結(jié)果：Area=0#includeclass Point public: Point(double i, double j) x=i; y=j; virtual double Area（ ） const return 0.0; private:double x, y;class Rectangle:public Point public: Rectangle(double i, double j, double k, double l); virtual double Area（ ） const return w*h; private:double w,h;/其它函數(shù)同例 8.8動態(tài)聯(lián)

16、編例動態(tài)聯(lián)編例 void fun(Point &s) coutArea=s.Area（ ）endl; void main（ ）Rectangle rec(3.0, 5.2, 15.0, 25.0);fun(rec);運(yùn)行結(jié)果:Area=375虛函數(shù)是動態(tài)聯(lián)編的基礎(chǔ)。是非靜態(tài)的成員函數(shù)。在類的聲明中，在函數(shù)原型之前寫virtual。virtual 只用來說明類聲明中的原型，不能用在函數(shù)實(shí)現(xiàn)時。具有繼承性，基類中聲明了虛函數(shù)，派生類中無論是否說明，同原型函數(shù)都自動為虛函數(shù)。本質(zhì)：不是重載聲明而是覆蓋。調(diào)用方式：通過基類指針或引用，執(zhí)行時會根據(jù)指針指向的對象的類，決定調(diào)用哪個函數(shù)。#incl

17、ude class B0 /基類B0聲明public:/外部接口virtual void display（ ） coutB0:display（ ）endl; /虛成員函數(shù);class B1: public B0/公有派生 public: void display（ ） coutB1:display（ ）endl; ;class D1: public B1/公有派生 public: void display（ ） coutD1:display（ ）display（ ）; void main（ ） /主函數(shù) B0 b0, *p;/聲明基類對象和指針B1 b1;/聲明派生類對象D1 d1;/聲明派生

18、類對象p=&b0;fun(p);/調(diào)用基類B0函數(shù)成員p=&b1;fun(p);/調(diào)用派生類B1函數(shù)成員p=&d1;fun(p);/調(diào)用派生類D1函數(shù)成員程序的運(yùn)行結(jié)果為：程序的運(yùn)行結(jié)果為：B0:B0:displaydisplay（ ）B1:B1:displaydisplay（ ）D1:D1:displaydisplay（ ）帶有純虛函數(shù)的類稱為抽象類:class 類名 virtual 類型 函數(shù)名(參數(shù)表)=0; /純虛函數(shù) .抽象類的一般形式抽象類的一般形式抽象類為抽象和設(shè)計的目的而建立，將有關(guān)的數(shù)據(jù)和行為組織在一個繼承層次結(jié)構(gòu)中，保證派生類具有要求的行為。對于暫時

19、無法實(shí)現(xiàn)的函數(shù)，可以聲明為純虛函數(shù)，留給派生類去實(shí)現(xiàn)。抽象類只能作為基類來使用。不能聲明抽象類的對象。#include class B0 /抽象基類B0聲明public: /外部接口virtual void display( )=0; /純虛函數(shù)成員;class B1: public B0/公有派生public:void display（ ）coutB1:display（ ）endl; /虛成員函數(shù);class D1: public B1/公有派生public:void display（ ）coutD1:display（ ）display（ ）; void main（ ）/主函數(shù) B0 *p;

20、/聲明抽象基類指針B1 b1;/聲明派生類對象D1 d1;/聲明派生類對象p=&b1;fun(p);/調(diào)用派生類B1函數(shù)成員p=&d1;fun(p);/調(diào)用派生類D1函數(shù)成員程序的運(yùn)行結(jié)果為：程序的運(yùn)行結(jié)果為：B1:B1:displaydisplay（ ）D1:D1:displaydisplay（ ）一個函數(shù)一旦被說明為虛函數(shù)一個函數(shù)一旦被說明為虛函數(shù)，則無論說明它的類被繼承了多少層，在每一層派，則無論說明它的類被繼承了多少層，在每一層派生類中該函數(shù)都保持生類中該函數(shù)都保持virtualvirtual特性。因此，在派生類中特性。因此，在派生類中重新定義該函數(shù)時，不再需要關(guān)鍵字重

21、新定義該函數(shù)時，不再需要關(guān)鍵字virtualvirtual。 但習(xí)慣上，為了提高程序的可讀性，常常在每層派生類但習(xí)慣上，為了提高程序的可讀性，常常在每層派生類 中都重復(fù)地使用中都重復(fù)地使用virtualvirtual關(guān)鍵字。關(guān)鍵字。不恰當(dāng)?shù)牟磺‘?dāng)?shù)?虛函數(shù)虛函數(shù)#include#includeclass Baseclass Basepublic:public: virtual void fn(int x) virtual void fn(int x)coutIn Base class,int coutIn Base class,int =xendl;=xendl;class Subclass:

22、public Baseclass Subclass:public Base public: public: virtual void fn(float x) virtual void fn(float x) coutin subclass,float x coutin subclass,float x =xendl;=xendl;void test(Base & void test(Base & b)b)int i=1;int i=1;b.fn(i);b.fn(i);float f=2.0;float f=2.0;b.fn(f);b.fn(f); void main()void

23、 main()Base bc;Base bc;Subclass sc;Subclass sc;coutcalling coutcalling test(bc)n;test(bc)n;test(bc);test(bc);coutcalling coutcalling test(sc)n;test(sc)n;test(sc);test(sc); calling test(bc) calling test(bc) In Base class,int =1 In Base class,int =1 In Base class,int =2 In Base class,int =2 calling te

24、st(sc) calling test(sc) In Base class,int =1 In Base class,int =1 In Base class,int =2 In Base class,int =2 虛函數(shù)的虛函數(shù)的 限制限制（1 1）只有類的）只有類的 成員函數(shù)才能說明為虛函數(shù)，因?yàn)樘摵瘮?shù)成員函數(shù)才能說明為虛函數(shù)，因?yàn)樘摵瘮?shù)僅適用于繼承關(guān)系僅適用于繼承關(guān)系的的 類對象，所以普通函數(shù)不能說類對象，所以普通函數(shù)不能說明為虛函數(shù)。明為虛函數(shù)。（2 2）內(nèi)聯(lián)函數(shù)不能是虛函數(shù)，因?yàn)閮?nèi)聯(lián)函數(shù)是在編譯時決）內(nèi)聯(lián)函數(shù)不能是虛函數(shù)，因?yàn)閮?nèi)聯(lián)函數(shù)是在編譯時決定其位置。定其位置。（3 3）構(gòu)造函數(shù)

25、不能是虛函數(shù)，因?yàn)闃?gòu)造時對象還是一片未）構(gòu)造函數(shù)不能是虛函數(shù)，因?yàn)闃?gòu)造時對象還是一片未定型的定型的 空間?？臻g。（4 4）析構(gòu)函數(shù)可以是虛函數(shù)，而且通常聲明為虛函數(shù)。）析構(gòu)函數(shù)可以是虛函數(shù)，而且通常聲明為虛函數(shù)。例當(dāng)基類對象和子類對象以不同方式申請了堆空間后：例當(dāng)基類對象和子類對象以不同方式申請了堆空間后：void finishWithObject(Base void finishWithObject(Base * * pHeapObject) pHeapObject) delete pHeapObject; delete pHeapObject; 例例1 1：#include#include

26、class Baseclass Basepublic:public: Base()coutconstruct in Base()coutconstruct in Basen;Basen;Base()Base()cout destruting Baseendl;cout destruting Baseendl;class Subclass:public Baseclass Subclass:public Basepublic:public:Subclass()Subclass()coutconstruct in Subclassn;coutconstruct in Subclassn;Subcl

27、ass()Subclass()cout“destruting cout“destruting Subclassendl;Subclassendl;void main()void main() coutfirst:n;coutfirst:n;Base bc;Base bc; coutsecondn; coutsecondn;Subclass sc;Subclass sc;coutend!n;coutend!n; 輸出：輸出：First:First:construct in Baseconstruct in Basesecondsecondconstruct in Baseconstruct in

28、 Baseconstruct in construct in SubclassSubclassend!end!destruting destruting SubclassSubclassdestruting Basedestruting Basedestruting Basedestruting Base例例2 2：#include#includeclass Baseclass Basepublic:public: Base()coutconstruct in Base()coutconstruct in Basen;Basen;Base()Base()cout destruting Base

29、 endl;cout destruting Base endl;class Subclass:public Baseclass Subclass:public Basepublic:public:Subclass()Subclass()coutconstruct in Subclassn;coutconstruct in Subclassn;Subclass()Subclass()cout destruting cout destruting subclassendl;subclassendl;void main()void main() coutfirst:n;coutfirst:n;Bas

30、e Base * *bc=new Base ;bc=new Base ;coutsecondn;coutsecondn;Subclass Subclass * * sc=new Subclass; sc=new Subclass;coutend!n;coutend!n; 輸出：輸出：first:first:construct in Baseconstruct in Basesecondsecondconstruct in Baseconstruct in Baseconstruct in Subclassconstruct in Subclassend!end!例例3 3：#include#i

31、ncludeclass Baseclass Basepublic:public: Base()coutconstruct in Base()coutconstruct in Basen;Basen;Base()Base()cout destruting Base endl;cout destruting Base endl;class Subclass:public Baseclass Subclass:public Basepublic: Subclass()public: Subclass() coutconstruct in coutconstruct in Subclassn;Subc

32、lassn; Subclass() Subclass() cout destruting cout destruting subclassendl;subclassendl;void test(Basevoid test(Base* * x) x) delete x; delete x; void main()void main()coutfirst:n;coutfirst:n; Base Base * *bc=new Base ;bc=new Base ; coutsecondn; coutsecondn; Subclass Subclass * * sc=new Subclass; sc=

33、new Subclass; coutcalling test(bc)n; coutcalling test(bc)n;test(bc);test(bc);coutcalling test(sc)n;coutcalling test(sc)n;test(sc);test(sc);coutend!n;coutend!n; 輸出：輸出：first:first:construct in Baseconstruct in Basesecondsecondconstruct in Baseconstruct in Baseconstruct in construct in subclasssubclass

34、calling test(bc)calling test(bc)destructing basedestructing basecalling test(sc)calling test(sc)destructing basedestructing baseend!end!例：例：#include#includeclass Baseclass Basepublic:public: Base()coutconstruct in Base()coutconstruct in Basen;Basen;virctual Base()virctual Base()cout destruting Base

35、endl;cout destruting Base endl;class Subclass:public Baseclass Subclass:public Basepublic:public:Subclass()Subclass()coutconstruct in Subclassn;coutconstruct in Subclassn;Subclass()Subclass()cout destruting cout destruting subclassendl;subclassendl;void test(Basevoid test(Base* * x) x) delete x; del

36、ete x; void main()void main()coutfirst:n;coutfirst:n; Base Base * *bc=new Base ;bc=new Base ; coutsecondn; coutsecondn; Subclass Subclass * * sc=new Subclass; sc=new Subclass; coutcalling test(bc)n; coutcalling test(bc)n;test(bc);test(bc);coutcalling test(sc)n;coutcalling test(sc)n;test(sc);test(sc);coutend!n;coutend!n; 輸出：輸出： first:first: construct in construct in BaseBase second second construct in construct in BaseBaseconstruct in construct in subclasssubclasscalling test(bc)calling test(bc)destructing basedestructing basecalling test(sc)calling test(sc)destructing subclassdestruct