C++程序設(shè)計(jì)與實(shí)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(diǎn)多態(tài)性的概念。多態(tài)性是指一種界面，多種實(shí)現(xiàn)。多態(tài)性分為靜態(tài)多態(tài)性和動(dòng)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(dòng)態(tài)多態(tài)性的具體示例。純虛函數(shù)和抽象類(lèi)。純虛函數(shù)是在基類(lèi)中說(shuō)明的虛函數(shù)，在基類(lèi)中沒(méi)有定義，要求任何派生類(lèi)都必須定義自己的版本。如果一個(gè)類(lèi)至少有一個(gè)純虛函數(shù)，則該類(lèi)稱為抽象類(lèi)。9.1 問(wèn)題引入在完成了第八章中的所有類(lèi)型設(shè)計(jì)和編碼后，可以編寫(xiě)這樣的測(cè)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(diào)用能取代基類(lèi)的同名函數(shù)，那么就一定要使派生類(lèi)的area()覆蓋(override)基類(lèi)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(lèi)的成員函數(shù)覆蓋基類(lèi)的同名成員，那么必須將基類(lèi)的成員函數(shù)說(shuō)明成是虛函數(shù)，其語(yǔ)法如下：class 類(lèi)名public:virtual 成員函數(shù)名(參數(shù)列表);(ex9-1關(guān)鍵字virtual明確地告訴編譯器：該類(lèi)派生類(lèi)中的同名成員函數(shù)將覆蓋基類(lèi)已定義的函數(shù)多態(tài)類(lèi)多態(tài)類(lèi)(polymorp

4、hic class)一個(gè)聲明了虛函數(shù)，或者其祖先類(lèi)中包含了虛函數(shù)的類(lèi)在繼承樹(shù)上，每一個(gè)設(shè)計(jì)良好(well-formed)的多態(tài)類(lèi)都有一個(gè)最終覆蓋函數(shù)(final overrider)如果沒(méi)有，那么該派生類(lèi)將從其祖先那里繼承過(guò)來(lái)。然而，這并不是一種好的設(shè)計(jì)，而是病態(tài)的(ill-formed)對(duì)虛成員的訪問(wèn)在后代中，祖先的虛成員仍然是存在的、可訪問(wèn)的例：double Parallelogram:area() const Quadrangle:area();return width * height; 但這種訪問(wèn)只能在派生類(lèi)中進(jìn)行。虛特性一旦成員函數(shù)被說(shuō)明成虛的，那么我們稱該函數(shù)具有“虛特性”特點(diǎn)：

5、虛特性必須賦予類(lèi)的成員函數(shù)。不能將虛函數(shù)說(shuō)明為全局(非成員的)函數(shù)，也不能說(shuō)明為靜態(tài)成員函數(shù)。不能將友元說(shuō)明為虛函數(shù)，但虛函數(shù)可以是另一個(gè)類(lèi)的友元。虛特性的繼承虛特性是可以被繼承的。在繼承樹(shù)上，一旦基類(lèi)中的某個(gè)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(guān)鍵字virtual，因?yàn)樗詣?dòng)成為了虛函數(shù)。提問(wèn)：如果派生類(lèi)中重載了一個(gè)原型不同的函數(shù)，那么這個(gè)函數(shù)將會(huì)怎樣來(lái)影響虛特性的遺傳呢？(ex9-2)虛析構(gòu)函數(shù)類(lèi)的析構(gòu)函數(shù)可以被說(shuō)明成是虛函數(shù)，并且也應(yīng)該是虛的。而類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)不能為虛函數(shù)。提問(wèn)：?jiǎn)柺裁搭?lèi)的析構(gòu)函數(shù)應(yīng)該是虛的？提示：

6、考慮用new創(chuàng)建的自由對(duì)象。例（ex9-3)解決問(wèn)題的方法有兩個(gè)： 通過(guò)強(qiáng)制類(lèi)型轉(zhuǎn)換將指針p轉(zhuǎn)換為派生類(lèi)指針，具體做法如下：delete (Parallelogram *)(p); 將Quadrangle類(lèi)的析構(gòu)函數(shù)說(shuō)明成是虛的：virtual Quadrangle() 9.3.2 虛函數(shù)的實(shí)現(xiàn)機(jī)制例9-4 含有虛函數(shù)的類(lèi)的大小class QuadrangleWithNoVirtualprotected: int a;public: double area()return -1.0;virtual虛表編譯器首先要對(duì)每個(gè)包含虛函數(shù)的類(lèi)創(chuàng)建一個(gè)虛表(VTABLE)。在VTABLE中，編譯器放置該類(lèi)

7、的虛函數(shù)地址。在每個(gè)帶有虛函數(shù)的對(duì)象中，編譯器秘密地設(shè)置一個(gè)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(gè)對(duì)象的VTABLE。Quadrangle對(duì)象VPTR&area()VTABLEParallelogram對(duì)象VPTR&area()VTABLEQuadrangle類(lèi)型的指針為每個(gè)類(lèi)設(shè)置VTABLE、初始化VPTR、為虛函數(shù)調(diào)用插入代碼，所有這些都是自動(dòng)完成的虛函數(shù)應(yīng)用場(chǎng)景那么，一個(gè)成員函數(shù)什么時(shí)候需要聲明為虛函數(shù)呢？主要考慮以下幾點(diǎn)： 首先考慮成員函數(shù)所在的類(lèi)是否會(huì)做為基類(lèi)。然后看成員函數(shù)在類(lèi)的繼承后有無(wú)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(lèi)被繼承之后功能不需要修改，或派生類(lèi)中用不到該函數(shù)，則不要把它聲明為虛函數(shù)。 應(yīng)當(dāng)考慮對(duì)成員函數(shù)的調(diào)用是通過(guò)對(duì)象名還是基類(lèi)指針或引用去訪問(wèn)。如果通過(guò)基類(lèi)指針或引用去訪問(wèn)，則聲明為虛函數(shù)。 如果希望通過(guò)基類(lèi)指針或者引用訪問(wèn)派生類(lèi)成員函數(shù)，但基類(lèi)功能比較抽象或者不能確定功能，可以將基類(lèi)定義為抽象類(lèi)，即只定義函數(shù)名字，沒(méi)有函數(shù)體，具體功能由派生類(lèi)添加。9.4 純虛函數(shù)和抽象類(lèi)純虛(pure virtual)函數(shù)的引入基類(lèi)往往表示一些抽象的概念。例如，Quadrangle是一個(gè)基類(lèi)，它表示一個(gè)沒(méi)有具象的四邊形，從Quadrangle可以派生出其

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

10、稱該類(lèi)為“抽象類(lèi)(abstract class) ”假設(shè)類(lèi)A是一個(gè)抽象類(lèi)，那么它的特點(diǎn)是：不能創(chuàng)建抽象類(lèi)A的對(duì)象。抽象類(lèi)A只能用作其它類(lèi)的基類(lèi)。例如：A obj; /errorclass B : public A ; /OK抽象類(lèi) 在抽象類(lèi)的派生類(lèi)中，如果純虛函數(shù)的最終覆蓋函數(shù)仍是一個(gè)純虛函數(shù)（即仍未提供一個(gè)函數(shù)體），那么該派生類(lèi)仍是一個(gè)抽象類(lèi)。抽象類(lèi) 抽象類(lèi)不能用作函數(shù)的參數(shù)類(lèi)型、返回類(lèi)型。例如：int f(A a); /errorA g() ; /error 可以聲明抽象類(lèi)的指針和引用，它們可以作為函數(shù)的參數(shù)或返回類(lèi)型。例如：A &r = obj, *p = &obj; /OKint h(A *, A&); /OKA* k(); /OKA& s(); /OK抽象類(lèi) 抽象類(lèi)不能作為顯式轉(zhuǎn)換的類(lèi)型。例如：class Cpublic:operator A() ;抽象類(lèi)提問(wèn)1：在類(lèi)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