C++語言程序設(shè)計(jì)(清華大學(xué)鄭莉)(8)

1、1第八章第八章 多態(tài)性多態(tài)性清華大學(xué)清華大學(xué) 鄭鄭 莉莉C+語言程序設(shè)計(jì)C+語言程序設(shè)計(jì)清華大學(xué) 鄭莉2本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容l多態(tài)性多態(tài)性l運(yùn)算符重載運(yùn)算符重載l虛函數(shù)虛函數(shù)l純虛函數(shù)純虛函數(shù)l抽象類抽象類C+語言程序設(shè)計(jì)清華大學(xué) 鄭莉3多態(tài)性的概念多態(tài)性的概念l多態(tài)性是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的重要特多態(tài)性是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的重要特征之一。征之一。l多態(tài)性是指發(fā)出同樣的消息被不同類多態(tài)性是指發(fā)出同樣的消息被不同類型的對(duì)象接收時(shí)有可能導(dǎo)致完全不同型的對(duì)象接收時(shí)有可能導(dǎo)致完全不同的行為。的行為。l多態(tài)的實(shí)現(xiàn)：多態(tài)的實(shí)現(xiàn)： 函數(shù)重載 運(yùn)算符重載 虛函數(shù)C+語言程序設(shè)計(jì)清華大學(xué) 鄭莉4問題舉例問題舉例復(fù)

2、數(shù)的運(yùn)算復(fù)數(shù)的運(yùn)算class complex/復(fù)數(shù)類聲明復(fù)數(shù)類聲明public:complex(double r=0.0,double i=0.0) /構(gòu)造函數(shù)構(gòu)造函數(shù) real=r; imag=i; void display();/顯示復(fù)數(shù)的值顯示復(fù)數(shù)的值private:double real;double imag;運(yùn)算符重載C+語言程序設(shè)計(jì)清華大學(xué) 鄭莉5問題舉例問題舉例復(fù)數(shù)的運(yùn)算復(fù)數(shù)的運(yùn)算l用用“+”、“-”能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)數(shù)的加減運(yùn)能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)數(shù)的加減運(yùn)算嗎？算嗎？l實(shí)現(xiàn)復(fù)數(shù)加減運(yùn)算的方法實(shí)現(xiàn)復(fù)數(shù)加減運(yùn)算的方法 重載重載“+”、“-”運(yùn)算符運(yùn)算符運(yùn)算符重載C+語言程序設(shè)計(jì)清華大學(xué) 鄭莉6運(yùn)算

3、符重載的實(shí)質(zhì)運(yùn)算符重載的實(shí)質(zhì)l運(yùn)算符重載是對(duì)已有的運(yùn)算符賦予多重含運(yùn)算符重載是對(duì)已有的運(yùn)算符賦予多重含義義l必要性必要性 C+中預(yù)定義的運(yùn)算符其運(yùn)算對(duì)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）l實(shí)現(xiàn)機(jī)制實(shí)現(xiàn)機(jī)制 將指定的運(yùn)算表達(dá)式轉(zhuǎn)化為對(duì)運(yùn)算符函數(shù)的調(diào)用，運(yùn)算對(duì)象轉(zhuǎn)化為運(yùn)算符函數(shù)的實(shí)參。 編譯系統(tǒng)對(duì)重載運(yùn)算符的選擇，遵循函數(shù)重載的選擇原則。運(yùn)算符重載C+語言程序設(shè)計(jì)清華大學(xué) 鄭莉7運(yùn)算符重載規(guī)則和限制規(guī)則和限制l可以重載可以重載C+中除下列運(yùn)算符外的所中除下列運(yùn)算符外的所有運(yùn)算符：有運(yùn)算符：. .* : ?:l只能重載只能重載C+語言中已有的運(yùn)算符，語言中已有的運(yùn)算符，不可臆造新的

4、。不可臆造新的。l不改變?cè)\(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)和結(jié)合性。不改變?cè)\(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)和結(jié)合性。l不能改變操作數(shù)個(gè)數(shù)。不能改變操作數(shù)個(gè)數(shù)。l經(jīng)重載的運(yùn)算符，其操作數(shù)中至少應(yīng)經(jīng)重載的運(yùn)算符，其操作數(shù)中至少應(yīng)該有一個(gè)是自定義類型。該有一個(gè)是自定義類型。C+語言程序設(shè)計(jì)清華大學(xué) 鄭莉8兩種形式兩種形式l重載為類成員函數(shù)。重載為類成員函數(shù)。l重載為非成員函數(shù)（通常為友元函重載為非成員函數(shù)（通常為友元函數(shù)）。數(shù)）。運(yùn)算符重載C+語言程序設(shè)計(jì)清華大學(xué) 鄭莉9運(yùn)算符函數(shù)運(yùn)算符函數(shù)l聲明形式聲明形式函數(shù)類型 operator 運(yùn)算符（形參） .l重載為類成員函數(shù)時(shí)重載為類成員函數(shù)時(shí) 參數(shù)個(gè)數(shù)參數(shù)個(gè)數(shù)=原操作數(shù)個(gè)數(shù)原操作數(shù)個(gè)

5、數(shù)-1 （后置（后置+、-除外）除外）l重載為友元函數(shù)時(shí)重載為友元函數(shù)時(shí) 參數(shù)個(gè)數(shù)參數(shù)個(gè)數(shù)=原操作數(shù)個(gè)數(shù)原操作數(shù)個(gè)數(shù)，且至少應(yīng)該有一個(gè)自定義類型的形參。且至少應(yīng)該有一個(gè)自定義類型的形參。運(yùn)算符重載C+語言程序設(shè)計(jì)清華大學(xué) 鄭莉10運(yùn)算符成員函數(shù)的設(shè)計(jì)運(yùn)算符成員函數(shù)的設(shè)計(jì)l雙目運(yùn)算符雙目運(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，其中 oprd1 為A 類對(duì)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)運(yùn)算符重載C

6、+語言程序設(shè)計(jì)清華大學(xué) 鄭莉11運(yùn)算符重載 例例 8-1 將將“+”+”、“-”-”運(yùn)算重載為復(fù)數(shù)類運(yùn)算重載為復(fù)數(shù)類的成員函數(shù)。的成員函數(shù)。l 規(guī)則規(guī)則: 實(shí)部和虛部分別相加減。實(shí)部和虛部分別相加減。l 操作數(shù)操作數(shù): 兩個(gè)操作數(shù)都是復(fù)數(shù)類的對(duì)象。兩個(gè)操作數(shù)都是復(fù)數(shù)類的對(duì)象。#includeusing namespace std;class complex/復(fù)數(shù)類聲明復(fù)數(shù)類聲明public:/外部接口外部接口complex(double r=0.0,double i=0.0)real=r;imag=i; /構(gòu)造函數(shù)構(gòu)造函數(shù)complex operator + (complex c2); /+重

7、載為成員函數(shù)重載為成員函數(shù)complex operator - (complex c2); /-重載為成員函數(shù)重載為成員函數(shù)void display(); /輸出復(fù)數(shù)輸出復(fù)數(shù)private:/私有數(shù)據(jù)成員私有數(shù)據(jù)成員double real;/復(fù)數(shù)實(shí)部復(fù)數(shù)實(shí)部double imag;/復(fù)數(shù)虛部復(fù)數(shù)虛部;12complex complex:operator +(complex c2) /重載函數(shù)實(shí)現(xiàn)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);13complex compl

8、ex:operator -(complex c2) /重載函數(shù)實(shí)現(xiàn)重載函數(shù)實(shí)現(xiàn)complex c;c.real=real-c2.real;c.imag=imag-c2.imag;return complex(c.real,c.imag);14void complex:display() cout(real,imag)endl; int main() /主函數(shù)主函數(shù) complex c1(5,4),c2(2,10),c3; /聲明復(fù)數(shù)類的對(duì)象聲明復(fù)數(shù)類的對(duì)象coutc1=; c1.display();coutc2=; c2.display();c3=c1-c2;/使用重載運(yùn)算符完成復(fù)數(shù)減法使用重

9、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)加法使用重載運(yùn)算符完成復(fù)數(shù)加法coutc3=c1+c2=;c3.display();15程序輸出的結(jié)果為：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)16C+語言程序設(shè)計(jì)清華大學(xué) 鄭莉17運(yùn)算符成員函數(shù)的設(shè)計(jì)運(yùn)算符成員函數(shù)的設(shè)計(jì)l前置單目運(yùn)算符前置單目運(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(duì)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

10、達(dá)式 U oprd 相當(dāng)于 oprd.operator U()運(yùn)算符重載C+語言程序設(shè)計(jì)清華大學(xué) 鄭莉18運(yùn)算符成員函數(shù)的設(shè)計(jì)運(yùn)算符成員函數(shù)的設(shè)計(jì)l后置單目運(yùn)算符后置單目運(yùn)算符 +和和- 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(duì)象，則 +或- 應(yīng)被重載為 A 類的成員函數(shù)，且具有一個(gè) int 類型形參。 經(jīng)重載后，表達(dá)式 oprd+ 相當(dāng)于 oprd.operator +(0)運(yùn)算符重載C+語言程序設(shè)計(jì)清華大學(xué) 鄭莉19例例8-2l運(yùn)算符前置運(yùn)算符前置+和后置和后置+重載為時(shí)鐘類重載為時(shí)鐘類的成員函數(shù)。的成員函數(shù)。l前置單目運(yùn)算

11、符，重載函數(shù)沒有形參，前置單目運(yùn)算符，重載函數(shù)沒有形參，對(duì)于后置單目運(yùn)算符，重載函數(shù)需要對(duì)于后置單目運(yùn)算符，重載函數(shù)需要有一個(gè)整型形參。有一個(gè)整型形參。l操作數(shù)是時(shí)鐘類的對(duì)象。操作數(shù)是時(shí)鐘類的對(duì)象。l實(shí)現(xiàn)時(shí)間增加實(shí)現(xiàn)時(shí)間增加1秒鐘。秒鐘。運(yùn)算符重載/8_2.cpp#includeusing namespace std;class Clock /時(shí)鐘類聲明時(shí)鐘類聲明 public:/外部接口外部接口 Clock(int NewH=0, int NewM=0, int NewS=0); void ShowTime(); Clock& operator +(); /前置單目運(yùn)算符重載前置單目

12、運(yùn)算符重載 Clock operator +(int); /后置單目運(yùn)算符重后置單目運(yùn)算符重載載 private:/私有數(shù)據(jù)成員私有數(shù)據(jù)成員 int Hour,Minute,Second;20Clock& Clock:operator +() /前置單目運(yùn)算符重載函數(shù)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; return *this;21/后置單目運(yùn)算符重載后置單目運(yùn)算符重載Clock Clock:op

13、erator +(int)/注意形參表中的整型參數(shù)注意形參表中的整型參數(shù) Clock old=*this; +(*this); return old;22/其它成員函數(shù)的實(shí)現(xiàn)略其它成員函數(shù)的實(shí)現(xiàn)略int main()Clock myClock(23,59,59);coutFirst time output:;myClock.ShowTime(); coutShow myClock+:; (myClock+).ShowTime(); coutShow +myClock:;(+myClock).ShowTime();23程序運(yùn)行結(jié)果為：程序運(yùn)行結(jié)果為：First time output: 23:5

14、9:59Show myClock+: 23:59:59Show +myClock: 0:0:124C+語言程序設(shè)計(jì)清華大學(xué) 鄭莉25非成員運(yùn)算符函數(shù)的設(shè)計(jì)非成員運(yùn)算符函數(shù)的設(shè)計(jì)l如果需要重載一個(gè)運(yùn)算符，使之能夠如果需要重載一個(gè)運(yùn)算符，使之能夠用于操作某類對(duì)象的私有成員，可以用于操作某類對(duì)象的私有成員，可以此將運(yùn)算符重載為該類的非成員（通此將運(yùn)算符重載為該類的非成員（通常為友元）函數(shù)。常為友元）函數(shù)。l函數(shù)的形參代表依自左至右次序排列函數(shù)的形參代表依自左至右次序排列的各操作數(shù)。的各操作數(shù)。l后置單目運(yùn)算符后置單目運(yùn)算符 +和和-的重載函數(shù)，的重載函數(shù)，形參列表中要增加一個(gè)形參列表中要增加一個(gè)in

15、t，但不必寫，但不必寫形參名。形參名。運(yùn)算符重載C+語言程序設(shè)計(jì)清華大學(xué) 鄭莉26非成員運(yùn)算符函數(shù)的設(shè)計(jì)非成員運(yùn)算符函數(shù)的設(shè)計(jì)l雙目運(yùn)算符雙目運(yùn)算符 B重載后，重載后，表達(dá)式表達(dá)式oprd1 B oprd2 等同于等同于operator B(oprd1,oprd2 )l前置單目運(yùn)算符前置單目運(yùn)算符 B重載后，重載后，表達(dá)式表達(dá)式 B oprd 等同于等同于operator B(oprd )l后置單目運(yùn)算符后置單目運(yùn)算符 +和和-重載后，重載后，表達(dá)式表達(dá)式 oprd B 等同于等同于operator B(oprd,0 )運(yùn)算符重載C+語言程序設(shè)計(jì)清華大學(xué) 鄭莉27例例8-3l將將+ +、- -

16、（雙目）重載為復(fù)數(shù)類的友元（雙目）重載為復(fù)數(shù)類的友元函數(shù)。函數(shù)。l兩個(gè)操作數(shù)都是復(fù)數(shù)類的對(duì)象。兩個(gè)操作數(shù)都是復(fù)數(shù)類的對(duì)象。運(yùn)算符重載#includeusing namespace std;class complex/復(fù)數(shù)類聲明復(fù)數(shù)類聲明public:/外部接口外部接口complex(double r=0.0,double i=0.0) real=r; imag=i; /構(gòu)造函數(shù)構(gòu)造函數(shù)friend complex operator + (complex c1,complex c2);/運(yùn)算符運(yùn)算符+ +重載為友元函數(shù)重載為友元函數(shù)friend complex operator - (compl

17、ex c1,complex c2);/運(yùn)算符運(yùn)算符- -重載為友元函數(shù)重載為友元函數(shù)void display(); /顯示復(fù)數(shù)的值顯示復(fù)數(shù)的值private:/私有數(shù)據(jù)成員私有數(shù)據(jù)成員double real;double imag;28complex operator +(complex c1,complex c2)/運(yùn)算符重載友元函數(shù)實(shí)現(xiàn)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)運(yùn)算符重載友元函數(shù)實(shí)現(xiàn) ret

18、urn complex(c1.real-c2.real, c1.imag-c2.imag);/ 其他函數(shù)和主函數(shù)同例其他函數(shù)和主函數(shù)同例8-129C+語言程序設(shè)計(jì)清華大學(xué) 鄭莉30靜態(tài)綁定與動(dòng)態(tài)綁定靜態(tài)綁定與動(dòng)態(tài)綁定l綁定綁定 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。l靜態(tài)綁定靜態(tài)綁定 綁定過程出現(xiàn)在編譯階段，用對(duì)象名或者類名來限定要調(diào)用的函數(shù)。l動(dòng)態(tài)綁定動(dòng)態(tài)綁定 綁定過程工作在程序運(yùn)行時(shí)執(zhí)行，在程序運(yùn)行時(shí)才確定將要調(diào)用的函數(shù)。#includeusing namespace std;class Point public:Point(double i, doubl

19、e j) x=i; y=j;double Area() const return 0.0; private:double x, y;class Rectangle:public Point public:Rectangle(double i, double j, double k, double l);double Area() const return w*h; private:double w,h;靜態(tài)綁定例31Rectangle:Rectangle(double i, double j, double k, double l) :Point(i,j) w=k; h=l; void fun

20、(Point &s) coutArea=s.Area()endl; int main()Rectangle rec(3.0, 5.2, 15.0, 25.0);fun(rec);運(yùn)行結(jié)果：運(yùn)行結(jié)果：Area=032#includeusing namespace std;class 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: Rectangl

21、e(double i, double j, double k, double l); virtual double Area() const return w*h; private:double w,h;/其他函數(shù)同上例其他函數(shù)同上例動(dòng)態(tài)綁定例 33void fun(Point &s) coutArea=s.Area()endl; int main()Rectangle rec(3.0, 5.2, 15.0, 25.0);fun(rec);運(yùn)行結(jié)果運(yùn)行結(jié)果:Area=37534C+語言程序設(shè)計(jì)清華大學(xué) 鄭莉35虛函數(shù)虛函數(shù)l虛函數(shù)是動(dòng)態(tài)綁定的基礎(chǔ)。虛函數(shù)是動(dòng)態(tài)綁定的基礎(chǔ)。l是非靜態(tài)的成

22、員函數(shù)。是非靜態(tài)的成員函數(shù)。l在類的聲明中，在函數(shù)原型之前寫在類的聲明中，在函數(shù)原型之前寫virtual。lvirtual 只用來說明類聲明中的原型，不能用在只用來說明類聲明中的原型，不能用在函數(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)。函數(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)。l具有繼承性，基類中聲明了虛函數(shù)，派生類中具有繼承性，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(dòng)為虛函數(shù)。無論是否說明，同原型函數(shù)都自動(dòng)為虛函數(shù)。l本質(zhì)：不是重載聲明而是覆蓋。本質(zhì)：不是重載聲明而是覆蓋。l調(diào)用方式：通過基類指針或引用，執(zhí)行時(shí)會(huì)調(diào)用方式：通過基類指針或引用，執(zhí)行時(shí)會(huì)根據(jù)根據(jù)指針指向的對(duì)象的類指針指向的對(duì)象的類，決定調(diào)用哪個(gè)函數(shù)。，決定調(diào)用哪個(gè)函數(shù)。虛

23、 函 數(shù)C+語言程序設(shè)計(jì)清華大學(xué) 鄭莉36例例 8-4#include using namespace std;class B0/基類基類B0聲明聲明public:/外部接口外部接口virtual void display() /虛成員函數(shù)虛成員函數(shù) coutB0:display()endl; ;class B1: public B0/公有派生公有派生 public: void display() coutB1:display()endl; ;class D1: public B1/公有派生公有派生 public: void display() coutD1:display()display(

24、); int main()/主函數(shù)主函數(shù) B0 b0, *p;/聲明基類對(duì)象和指針聲明基類對(duì)象和指針B1 b1;/聲明派生類對(duì)象聲明派生類對(duì)象D1 d1;/聲明派生類對(duì)象聲明派生類對(duì)象p=&b0;fun(p);/調(diào)用基類調(diào)用基類B0函數(shù)成員函數(shù)成員p=&b1;fun(p);/調(diào)用派生類調(diào)用派生類B1函數(shù)成員函數(shù)成員p=&d1;fun(p);/調(diào)用派生類調(diào)用派生類D1函數(shù)成員函數(shù)成員運(yùn)行結(jié)果：運(yùn)行結(jié)果：B0:display()B1:display()D1:display()37C+語言程序設(shè)計(jì)清華大學(xué) 鄭莉38虛析構(gòu)函數(shù)虛析構(gòu)函數(shù)何時(shí)需要虛析構(gòu)函數(shù)？何時(shí)需要虛析構(gòu)函數(shù)？l當(dāng)你可能通過基類指針刪除派生類對(duì)當(dāng)你可能通過基類指針刪除派生類對(duì)象時(shí)象時(shí)l如果你打算允許其他人通過基類指針如果你打算允許其他人通過基類指針調(diào)用對(duì)象的析構(gòu)函數(shù)（通過調(diào)用對(duì)象的析構(gòu)函數(shù)（通過delete這這樣做是正常的），并且被析構(gòu)的對(duì)象樣做是正常的），并且被析構(gòu)的對(duì)象是有重要的析構(gòu)函數(shù)的派生類的對(duì)象，是有重要的析構(gòu)函數(shù)的派生類的對(duì)象，就需要讓基類的析構(gòu)函數(shù)成為虛擬的。就需要讓基類的析構(gòu)函數(shù)成為虛擬的。虛 函 數(shù)C+語言程序設(shè)計(jì)清華大學(xué) 鄭莉39抽象類抽象類帶有純虛函數(shù)的類稱為抽象類帶有純虛函數(shù)的類稱為抽象類:class 類