第六章C++多態(tài)性與虛函數(shù)

第6章多態(tài)性與虛函數(shù)6.1多態(tài)性的概念6.2一個典型的例子6.3虛函數(shù)6.4純虛函數(shù)與抽象類

多態(tài)性(polymorphism)是面向對象程序設計的重要特征。利用多態(tài)性可以設計和實現(xiàn)一個易于擴展的系統(tǒng)。C++程序設計中，多態(tài)性是指具有不同功能的函數(shù)，可用同一個函數(shù)名，從而實現(xiàn)用一個函數(shù)名調(diào)用不同內(nèi)容的函數(shù)。面向對象方法中，多態(tài)性描述是:向不同的對象發(fā)送同一個消息，不同的對象在接收時會產(chǎn)生不同的行為(即方法)。即，每個對象可用自己的方式去響應相同的消息。從系統(tǒng)實現(xiàn)的角度，多態(tài)性分為兩類:靜態(tài)多態(tài)性和動態(tài)多態(tài)性。靜態(tài)多態(tài)性，在程序編譯時系統(tǒng)就能決定調(diào)用的是哪個函數(shù)，因此靜態(tài)多態(tài)性又稱編譯時的多態(tài)性。靜態(tài)多態(tài)性是通過函數(shù)重載實現(xiàn)(運算符重載實質上也是函數(shù)重載)。6.1多態(tài)性的概念動態(tài)多態(tài)性在程序運行過程中，才動態(tài)確定操作所針對的對象，又稱運行時的多態(tài)性。動態(tài)多態(tài)性通過虛函數(shù)(virtualfunction)實現(xiàn)。

問題:當一個基類被繼承為不同派生類時，各派生類可以使用與基類成員相同的成員名，在運行時如用同一個成員名，調(diào)用類對象的成員，會調(diào)用哪個對象的成員？即：通過繼承而產(chǎn)生了相關的不同派生類，與基類成員同名的成員，在不同派生類中有不同的含義。也可以說，多態(tài)性是“一個接口，多種方法”。6.2一個典型的例子例6.1

先建立一個Point(點)類，包含數(shù)據(jù)成員x,y(坐標點)。以它為基類，派生出一個Circle(圓)類，增加數(shù)據(jù)成員r(半徑)。再以Circle類為直接基類，派生出一個Cylinder(圓柱體)類，再增加數(shù)據(jù)成員h(高)。要求：編寫程序，重載運算符“<<”和“>>”，使之能用于輸出以上類對象。對一個比較大的程序，應當分若干步驟進行。先聲明基類，再聲明派生類，逐級進行，分步調(diào)試。(1)聲明基類Point類#include<iostream>classPoint{public:Point(floatx=0,floaty=0);//有默認參數(shù)的構造函數(shù)voidsetPoint(float,float);//設置坐標值

floatgetX()const{returnx;}//讀x坐標

floatgetY()const{returny;}//讀y坐標

friendostream&operator<<(ostream&,constPoint&);//重載“<<”protected://受保護成員

floatx,y;};Point::Point(floata,floatb)//對x,y初始化{x=a;y=b;}voidPoint::setPoint(floata,floatb)//為x,y賦新值{x=a;y=b;}//重載運算符“<<”，使之能輸出點的坐標ostream&operator<<(ostream&output,constPoint&p){output<<″[″<<p.x<<″,″<<p.y<<″]″<<endl;returnoutput;}現(xiàn)在對上面寫的基類聲明進行調(diào)試，檢查它是否有錯，為此要寫出main函數(shù)。實際上它是一個測試程序。intmain(){Pointp(3.5,6.4);//建立Point類對象p

cout<<″x=″<<p.getX()<<″,y=″<<p.getY()<<endl;//輸出p的坐標值

p.setPoint(8.5,6.8);//重新設置p的坐標值

cout<<″p(new):″<<p<<endl;//用重載運算符“<<”輸出p點坐標}程序編譯通過，運行結果：x=3.5,y=6.4p(new):[8.5,6.8]測試程序檢查了基類中各函數(shù)的功能，以及運算符重載的作用。(2)聲明派生類CircleclassCircle:publicPoint//circle是Point類的公用派生類{public:Circle(floatx=0,floaty=0,floatr=0);//構造函數(shù)

voidsetRadius(float);//設置半徑值

floatgetRadius()const;//讀取半徑值

floatarea()const;//計算圓面積

friendostream&operator<<(ostream&,constCircle&);//重載“<<”

private:floatradius;};Circle::Circle(floata,floatb,floatr):Point(a,b),radius(r){}voidCircle::setRadius(floatr){radius=r;}floatCircle::getRadius()const{returnradius;}floatCircle::area()const{return3.14159*radius*radius;}//重載運算符“<<”，使之按規(guī)定的形式輸出圓的信息ostream&operator<<(ostream&output,constCircle&c){output<<″Center=[″<<c.x<<″,″<<c.y<<″],r=″<<c.radius<<″,area=″<<c.area()<<endl;returnoutput;}為了測試以上Circle類的定義，寫出下面的主函數(shù):intmain(){Circlec(3.5,6.4,5.2);//建立Circle類對象c，并給定圓心坐標和半徑

cout<<″originalcircle:\\nx=″<<c.getX()<<″,y=″<<c.getY()<<″,r=″<<c.getRadius()<<″,area=″<<c.area()<<endl;c.setRadius(7.5);//設置半徑值

c.setPoint(5,5);//設置圓心坐標值x,y

cout<<″newcircle:\\n″<<c;//用重載“<<”輸出圓對象的信息

Point&pRef=c;//pRef是Point類的引用變量，被c初始化

cout<<″pRef:″<<pRef;//輸出pRef的信息

return0;}(3)聲明Circle的派生類CylinderclassCylinder:publicCircle//Cylinder是Circle的公用派生類{public:Cylinder(floatx=0,floaty=0,floatr=0,floath=0);//構造函數(shù)

voidsetHeight(float);//設置圓柱高

floatgetHeight()const;//讀取圓柱高

floatarea()const;//計算圓表面積

floatvolume()const;//計算圓柱體積

friendostream&operator<<(ostream&,constCylinder&);//重載“<<”

protected:floatheight;//圓柱高};Cylinder::Cylinder(floata,floatb,floatr,floath):Circle(a,b,r),height(h){}voidCylinder::setHeight(floath){height=h;}floatCylinder::getHeight()const{returnheight;}floatCylinder::area()const//表面積{return2*Circle::area()+2*3.14159*radius*height;}floatCylinder::volume()const//體積{returnCircle::area()*height;}ostream&operator<<(ostream&output,constCylinder&cy){output<<″Center=[″<<cy.x<<″,″<<cy.y<<″],r=″<<cy.radius<<″,h=″<<cy.height<<″\\narea=″<<cy.area()<<″,volume=″<<cy.volume()<<endl;returnoutput;}主函數(shù):intmain(){Cylindercy1(3.5,6.4,5.2,10);//定義Cylinder類對象cy1

cout<<″x=″<<cy1.getX()<<″,y=″<<cy1.getY()<<″,r=″<<cy1.getRadius()<<″,h=″<<cy1.getHeight()<<″area=″<<cy1.area()<<″,volume=″<<cy1.volume()<<endl;//用系統(tǒng)定義的運算符“<<”輸出cy1的數(shù)據(jù)

cy1.setHeight(15);//設置圓柱高

cy1.setRadius(7.5);//設置圓半徑

cy1.setPoint(5,5);//設置圓心坐標值x,y

cout<<″newcylinder:″<<cy1;//用重載<<輸出cy1的數(shù)據(jù)

Point&pRef=cy1;//pRef是Point類對象的引用變量

cout<<″pRefasaPoint:″<<pRef;//pRef作為一個“點”輸出

Circle&cRef=cy1;//cRef是Circle類對象的引用變量

cout<<″cRefasaCircle:″<<cRef;//cRef作為一個“圓”輸出

return0;}運行結果:originalcylinder:(輸出cy1的初始值)x=3.5,y=6.4,r=5.2,h=10(圓心坐標x,y。半徑r，高h)area=496.623,volume=849.486(圓柱表面積area和體積volume)newcylinder:(輸出cy1的新值)Center=[5,5],r=7.5,h=15(以[5,5]形式輸出圓心坐標)area=1060.29,volume=2650.72(圓柱表面積area和體積volume)pRefasaPoint:[5,5](pRef作為一個“點”輸出)cRefasaCircle:Center=[5,5],r=7.5,area=176.714(cRef作為“圓”輸出)本例中存在靜態(tài)多態(tài)性，這是運算符重載引起的。可見，編譯時編譯系統(tǒng)即可以判定應調(diào)用哪個重載運算符函數(shù)。6.3.1虛函數(shù)的作用在類繼承層次結構中，在不同層次，可以出現(xiàn)名字相同、參數(shù)個數(shù)和類型都相同而功能不同的函數(shù)。編譯系統(tǒng)按照同名覆蓋原則，決定所調(diào)用的對象。在例6.1中，用cy1.area()調(diào)用的是派生類Cylinder中的成員函數(shù)area。如想調(diào)用cy1中的、直接基類Circle的area函數(shù)，應表示為:cy1.Circle::area()。用這種方法來區(qū)分兩個同名的函數(shù)。

設想：能否用同一個調(diào)用形式，既能調(diào)用派生類，又能調(diào)用基類的同名函數(shù)？在程序中，不通過不同的對象名，去調(diào)用不同派生層次中的同名函數(shù)，而是通過指針調(diào)用它們。如：用同一個語句“pt->display();”可以調(diào)用不同派生層次中的display函數(shù)，只需在調(diào)用前，給指針變量pt賦以不同的值(使之指向不同的類對象)即可。6.3虛函數(shù)

C++中，用虛函數(shù)來解決此問題。虛函數(shù)作用是：允許在派生類中重新定義與基類同名的函數(shù)，并可以通過基類指針或引用，來訪問基類和派生類中的同名函數(shù)。例6.2

基類與派生類中有同名函數(shù)。#include<iostream>#include<string>usingnamespacestd;classStudent{public:

Student(int,string,float);//聲明構造函數(shù)

voiddisplay();//聲明輸出函數(shù)

protected://受保護成員，派生類可以訪問

intnum;stringname;floatscore;};Student::Student(intn,stringnam,floats)//定義構造函數(shù){num=n;name=nam;score=s;}voidStudent::display()//定義輸出函數(shù){cout<<″num:″<<num<<″name:″<<name<<″score:″<<score<<;}classGraduate:publicStudent{public:

Graduate(int,string,float,float);//聲明構造函數(shù)

voiddisplay();//聲明輸出函數(shù)private:floatpay;};voidGraduate::display()//定義輸出函數(shù){cout<<″num:″<<num<<″name:″<<name<<″score:″<<score<<″pay=″<<pay<<endl;}Graduate::Graduate(intn,stringnam,floats,floatp):Student(n,nam,s),pay(p){}

intmain(){Studentstud1(1001,″Li″,87.5);//定義Student類對象stud1Graduategrad1(2001,″Wang″,98.5,563.5);//定義Graduate類對象Student*pt=&stud1;//定義指向基類對象的指針變量ptpt->display();pt=&grad1;pt->display();return0;}運行結果：num:1001(stud1的數(shù)據(jù))name:Liscore:87.5num:2001(grad1中基類部分的數(shù)據(jù))name:wangscore:98.5下面進行修改：在Student類中聲明display函數(shù)時，在最左面加一個關鍵字virtual，即：virtualvoiddisplay();即把Student類的display函數(shù)聲明為虛函數(shù)。程序其他部分都不改動。再編譯和運行程序，運行結果:num:1001(stud1的數(shù)據(jù))name:Liscore:87.5num:2001(grad1中基類部分的數(shù)據(jù))name:wangscore:98.5pay=1200(這一項以前是沒有的)由虛函數(shù)實現(xiàn)的動態(tài)多態(tài)性就是:同一類族中不同類的對象，對同一函數(shù)調(diào)用作出不同的響應。虛函數(shù)使用方法:(1)在基類用virtual聲明成員函數(shù)為虛函數(shù)。這樣就可以在派生類中重新定義此函數(shù)，為它賦予新的功能，并能方便地被調(diào)用。在類外定義虛函數(shù)時，不必再加virtual。(2)

在派生類中重新定義此函數(shù)，要求函數(shù)名、函數(shù)類型、函數(shù)參數(shù)個數(shù)和類型全部與基類的虛函數(shù)相同，并根據(jù)派生類的需要重新定義函數(shù)體。C++規(guī)定，當一個成員函數(shù)被聲明為虛函數(shù)后，其派生類中的同名函數(shù)都自動成為虛函數(shù)。因此在派生類重新聲明該虛函數(shù)時，可以加virtual，也可以不加，但習慣上一般在每一層聲明該函數(shù)時都加virtual，使程序更加清晰。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)。(3)定義一個指向基類對象的指針變量，并使它指向同一類族中需要調(diào)用該函數(shù)的對象。(4)通過該指針變量調(diào)用此虛函數(shù)，此時調(diào)用的就是指針變量指向的對象的同名函數(shù)。通過虛函數(shù)與指向基類對象的指針變量的配合使用，就能方便地調(diào)用同一類族中、不同類的同名函數(shù)，只要先用基類指針指向即可。如果指針不斷指向同一類族中不同類的對象，就能不斷地調(diào)用這些對象中的同名函數(shù)。說明；有時，在基類中定義的非虛函數(shù)，會在派生類中被重新定義(如例6.1中的area函數(shù))，如果用基類指針調(diào)用該成員函數(shù)，則系統(tǒng)會調(diào)用對象中基類部分的成員函數(shù)；如果用派生類指針調(diào)用該成員函數(shù)，則系統(tǒng)會調(diào)用派生類對象中的成員函數(shù)，這并不是多態(tài)性行為(使用的是不同類型的指針),沒有用到虛函數(shù)的功能。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。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)重載時函數(shù)的首部是不同的(參數(shù)個數(shù)或類型不同)。編譯系統(tǒng)要根據(jù)已有的信息，對同名函數(shù)的調(diào)用作出判斷。對于調(diào)用同一類族中的虛函數(shù)，應當在調(diào)用時用一定的方式告訴編譯系統(tǒng)，你要調(diào)用的是哪個類對象中的函數(shù)。這樣編譯系統(tǒng)在對程序進行編譯時，即能確定調(diào)用的是哪個類對象中的函數(shù)。確定調(diào)用的具體對象的過程稱為關聯(lián)(binding)。在這里是指把一個函數(shù)名與一個類對象捆綁在一起，建立關聯(lián)。一般地說，關聯(lián)指把一個標識符和一個存儲地址聯(lián)系起來。前面所提到的函數(shù)重載和通過對象名調(diào)用的虛函數(shù)，在編譯時即可確定其調(diào)用的虛函數(shù)屬于哪一個類，其過程稱為靜態(tài)關聯(lián)(staticbinding)，由于是在運行前進行關聯(lián)的，故又稱為早期關聯(lián)(earlybinding)。函數(shù)重載屬靜態(tài)關聯(lián)。6.3.2靜態(tài)關聯(lián)與動態(tài)關聯(lián)

在上一小節(jié)程序中看到了怎樣使用虛函數(shù)，在調(diào)用虛函數(shù)時并沒有指定對象名，那么系統(tǒng)是怎樣確定關聯(lián)的呢？是通過基類指針與虛函數(shù)的結合來實現(xiàn)多態(tài)性的。先定義了一個指向基類的指針變量，并使它指向相應的類對象，然后通過這個基類指針去調(diào)用虛函數(shù)(例如“pt->display()”)。顯然，對這樣的調(diào)用方式，編譯系統(tǒng)在編譯該行時是無法確定調(diào)用哪一個類對象的虛函數(shù)的。因為編譯只作靜態(tài)的語法檢查，光從語句形式是無法確定調(diào)用對象的。在這樣的情況下，編譯系統(tǒng)把它放到運行階段處理，在運行階段確定關聯(lián)關系。在運行階段，基類指針變量先指向了某一個類對象，然后通過此指針變量調(diào)用該對象中的函數(shù)。此時調(diào)用哪一個對象的函數(shù)無疑是確定的。例如，先使pt指向grad1，再執(zhí)行“pt->display()”，當然是調(diào)用grad1中的display函數(shù)。由于是在運行階段把虛函數(shù)和類對象“綁定”在一起的，因此，此過程稱為動態(tài)關聯(lián)(dynamicbinding)。這種多態(tài)性是動態(tài)的多態(tài)性，即運行階段的多態(tài)性。在運行階段，指針可以先后指向不同的類對象，從而調(diào)用同一類族中不同類的虛函數(shù)。由于動態(tài)關聯(lián)是在編譯以后的運行階段進行的，因此也稱為滯后關聯(lián)(latebinding)。使用虛函數(shù)時，有兩點要注意:(1)只能用virtual聲明類的成員函數(shù)，使它成為虛函數(shù)，而不能將類外的普通函數(shù)聲明為虛函數(shù)。因為虛函數(shù)的作用是允許在派生類中對基類的虛函數(shù)重新定義。顯然，它只能用于類的繼承層次結構中。(2)一個成員函數(shù)被聲明為虛函數(shù)后，在同一類族中的類就不能再定義一個非virtual的但與該虛函數(shù)具有相同的參數(shù)(包括個數(shù)和類型)和函數(shù)返回值類型的同名函數(shù)。根據(jù)什么考慮是否把一個成員函數(shù)聲明為虛函數(shù)呢？要考慮以下幾點:(1)首先看成員函數(shù)所在的類是否會作為基類。然后看成員函數(shù)在類的繼承后有無可能被更改功能，如果希望更改其功能的，一般應該將它聲明為虛函數(shù)。6.3.3在什么情況下應當聲明虛函數(shù)(2)如果成員函數(shù)在類被繼承后功能不需修改，或派生類用不到該函數(shù)，則不要把它聲明為虛函數(shù)。不要僅僅考慮到要作為基類而把類中的所有成員函數(shù)都聲明為虛函數(shù)。(3)應考慮對成員函數(shù)的調(diào)用是通過對象名還是通過基類指針或引用去訪問，如果是通過基類指針或引用去訪問的，則應當聲明為虛函數(shù)。(4)有時，在定義虛函數(shù)時，并不定義其函數(shù)體，即函數(shù)體是空的。它的作用只是定義了一個虛函數(shù)名，具體功能留給派生類去添加。在12.4節(jié)中將詳細討論此問題。說明:使用虛函數(shù)，系統(tǒng)要有一定的空間開銷。當一個類帶有虛函數(shù)時，編譯系統(tǒng)會為該類構造一個虛函數(shù)表(virtualfunctiontable，簡稱vtable)，它是一個指針數(shù)組，存放每個虛函數(shù)的入口地址。系統(tǒng)在進行動態(tài)關聯(lián)時的時間開銷是很少的，因此，多態(tài)性是高效的。析構函數(shù)的作用是在對象撤銷之前做必要的“清理現(xiàn)場”的工作。當派生類的對象從內(nèi)存中撤銷時一般先調(diào)用派生類的析構函數(shù)，然后再調(diào)用基類的析構函數(shù)。但是，如果用new運算符建立了臨時對象，若基類中有析構函數(shù)，并且定義了一個指向該基類的指針變量。在程序用帶指針參數(shù)的delete運算符撤銷對象時，會發(fā)生一個情況:系統(tǒng)會只執(zhí)行基類的析構函數(shù)，而不執(zhí)行派生類的析構函數(shù)。6.3.4虛析構函數(shù)例6.3

基類中有非虛析構函數(shù)時的執(zhí)行情況。#include<iostream>usingnamespacestd;classPoint//定義基類Point類{public:Point(){}//Point類構造函數(shù)~Point(){cout<<″executingPointdestructor″<<endl;}//Point類析構函數(shù)};classCircle:publicPoint//定義派生類Circle類{public:Circle(){}//Circle類構造函數(shù)~Circle(){cout<<″executingCircledestructor″<<endl;}//Circle類析構函數(shù)

private:

intradius;};intmain(){Point*p=newCircle;//用new開辟動態(tài)存儲空間deletep;//用delete釋放動態(tài)存儲空間return0;}這只是一個示意的程序。p是指向基類的指針變量，指向new開辟的動態(tài)存儲空間，希望用detele釋放p所指向的空間。但運行結果為executingPointdestructor表示只執(zhí)行了基類Point的析構函數(shù)，而沒有執(zhí)行派生類Circle的析構函數(shù)。原因是以前介紹過的。如果希望能執(zhí)行派生類Circle的析構函數(shù)，可以將基類的析構函數(shù)聲明為虛析構函數(shù)，如virtual~Point(){cout<<″executingPointdestructor″<<endl;}程序其他部分不改動，再運行程序，結果為executingCircledestructorexecutingPointdestructor先調(diào)用了派生類的析構函數(shù)，再調(diào)用了基類的析構函數(shù)，符合人們的愿望。當基類的析構函數(shù)為虛函數(shù)時，無論指針指的是同一類族中的哪一個類對象，系統(tǒng)會采用動態(tài)關聯(lián)，調(diào)用相應的析構函數(shù)，對該對象進行清理工作。如果將基類的析構函數(shù)聲明為虛函數(shù)時，由該基類所派生的所有派生類的析構函數(shù)也都自動成為虛函數(shù)，即使派生類的析構函數(shù)與基類的析構函數(shù)名字不相同。最好把基類的析構函數(shù)聲明為虛函數(shù)。這將使所有派生類的析構函數(shù)自動成為虛函數(shù)。這樣，如果程序中顯式地用了delete運算符準備刪除一個對象，而delete運算符的操作對象用了指向派生類對象的基類指針，則系統(tǒng)會調(diào)用相應類的析構函數(shù)。虛析構函數(shù)的概念和用法很簡單，但它在面向對象程序設計中卻是很重要的技巧。專業(yè)人員一般都習慣聲明虛析構函數(shù)，即使基類并不需要析構函數(shù)，也顯式地定義一個函數(shù)體為空的虛析構函數(shù)，以保證在撤銷動態(tài)分配空間時能得到正確的處理。構造函數(shù)不能聲明為虛函數(shù)。這是因為在執(zhí)行構造函數(shù)時類對象還未完成建立過程，當然談不上函數(shù)與類對象的綁定。有時在基類中將某一成員函數(shù)定為虛函數(shù)，并不是基類本身的要求，而是考慮到派生類的需要，在基類中預留了一個函數(shù)名，具體功能留給派生類根據(jù)需要去定義。例如在本章的例6.1程序中，基類Point中沒有求面積的area函數(shù)，因為“點”是沒有面積的，也就是說，基類本身不需要這個函數(shù)，所以在例6.1程序中的Point類中沒有定義area函數(shù)。但是，在其直接派生類Circle和間接派生類Cylinder中都需要有area函數(shù)，而且這兩個area函數(shù)的功能不同，一個是求圓面積，一個是求圓柱體表面積。

6.4純虛函數(shù)與抽象類

6.4.1純虛函數(shù)這種情況下應當將area聲明為虛函數(shù)？可以在基類Point中加一個area函數(shù)，并聲明為虛函數(shù):virtualfloatarea()const{return0;}其返回值為0，表示“點”是沒有面積的。其實，在基類中并不使用這個函數(shù)，其返回值也是沒有意義的。為簡化，可以不寫出這種無意義的函數(shù)體，只給出函數(shù)的原型，并在后面加上“=0”，如virtualfloatarea()const=0;//純虛函數(shù)這就將area聲明為一個純虛函數(shù)(purevirtualfunction)。純虛函數(shù)是在聲明虛函數(shù)時被“初始化”為0的函數(shù)。聲明純虛函數(shù)的一般形式是virtual函數(shù)類型函數(shù)名(參數(shù)表列)=0;注意:①純虛函數(shù)沒有函數(shù)體；②最后面的“=0”并不表示函數(shù)返回值為0，它只起形式上的作用，告訴編譯系統(tǒng)“這是純虛函數(shù)”;③這是一個聲明語句，最后應有分號。純虛函數(shù)只有函數(shù)的名字而不具備函數(shù)的功能，不能被調(diào)用。它只是通知編譯系統(tǒng):“在這里聲明一個虛函數(shù)，留待派生類中定義”。在派生類中對此函數(shù)提供定義后，它才能具備函數(shù)的功能，可被調(diào)用。純虛函數(shù)的作用是在基類中為其派生類保留一個函數(shù)的名字，以便派生類根據(jù)需要對它進行定義。如果在基類中沒有保留函數(shù)名字，則無法實現(xiàn)多態(tài)性。如果在一個類中聲明了純虛函數(shù)，而在其派生類中沒有對該函數(shù)定義，則該虛函數(shù)在派生類中仍然為純虛函數(shù)。如果聲明了一個類，一般可以用它定義對象。但是在面向對象程序設計中，往往有一些類，它們不用來生成對象。定義這些類的惟一目的是用它作為基類去建立派生類。它們作為一種基本類型提供給用戶，用戶在這個基礎上根據(jù)自己的需要定義出功能各異的派生類。用這些派生類去建立對象。在開發(fā)一個大的軟件時，決不會從頭到尾都由自己編寫程序代碼，而是充分利用已有資源(例如類庫)作為自己工作的基礎。這種不用來定義對象而只作為一種基本類型用作繼承的類，稱為抽象類(abstractclass)，由于它常用作基類，通常稱為抽象基類(abstractbaseclass)。6.4.2抽象類凡是包含純虛函數(shù)的類都是抽象類。因為純虛函數(shù)是不能被調(diào)用的，包含純虛函數(shù)的類是無法建立對象的。抽象類的作用是作為一個類族的共同基類，或者說，為一個類族提供一個公共接口。一個類層次結構中當然也可不包含任何抽象類，每一層次的類都是實際可用的，可以用來建立對象的。但是，許多好的面向對象的系統(tǒng)，其層次結構的頂部是一個抽象類，甚至頂部有好幾層都是抽象類。如果在抽象類所派生出的新類中對基類的所有純虛函數(shù)進行了定義，那么這些函數(shù)就被賦予了功能，可以被調(diào)用。這個派生類就不是抽象類，而是可以用來定義對象的具體類(concreteclass)。如果在派生類中沒有對所有純虛函數(shù)進行定義，則此派生類仍然是抽象類，不能用來定義對象。雖然抽象類不能定義對象(或者說抽象類不能實例化)，但是可以定義指向抽象類數(shù)據(jù)的指針變量。當派生類成為具體類之后，就可以用這種指針指向派生類對象，然后通過該指針調(diào)用虛函數(shù)，實現(xiàn)多態(tài)性的操作。例6.4

虛函數(shù)和抽象基類的應用。在例6.1介紹了以Point為基類的點—圓—圓柱體類的層次結構?，F(xiàn)在要對它進行改寫，在程序中使用虛函數(shù)和抽象基類。類的層次結構的頂層是抽象基類Shape(形狀)。Point(點),Circle(圓),Cylinder(圓柱體)都是Shape類的直接派生類和間接派生類。下面是一個完整的程序:6.4.3應用實例第(1)部分#include<iostream>usingnamespacestd;//聲明抽象基類ShapeclassShape{public:virtualfloatarea()const{return0.0;}//虛函數(shù)

virtualfloatvolume()const{return0.0;}//虛函數(shù)

virtualvoidshapeName()const=0;//純虛函數(shù)};第(2)部分//聲明Point類classPoint:publicShape//Point是Shape的公用派生類{public:

Point(float=0,float=0);voidsetPoint(float,float);floatgetX()const{returnx;}floatgetY()const{returny;}virtualvoidshapeName()const{cout<<″Point:″;}//對虛函數(shù)進行再定義

friendostream&operator<<(ostream&,constPoint&);protected:floatx,y;};//定義Point類成員函數(shù)Point::Point(floata,floatb){x=a;y=b;}voidPoint::setPoint(floata,floatb){x=a;y=b;}ostream&operator<<(ostream&output,constPoint&p){output<<″[″<<p.x<<″,″<<p.y<<″]″;returnoutput;}第(3)部分//聲明Circle類classCircle:publicPoint{public:

Circle(floatx=0,floaty=0,floatr=0);voidsetRadius(float);floatgetRadius()const;virtualfloatarea()const;virtualvoidshapeName()const{cout<<″Circle:″;}//對虛函數(shù)進行再定義

friendostream&operator<<(ostream&,constCircle&);protected:floatradius;};//聲明Circle類成員函數(shù)Circle::Circle(floata,floatb,floatr):Point(a,b),radius(r){}voidCircle::setRadius(float

r):radius(r){}floatCircle::getRadius()const{returnradius;}floatCircle::area()const{return3.14159*radius*radius;}ostream&operator<<(ostream&output,constCircle&c){output<<″[″<<c.x<<″,″<<c.y<<″],r=″<<c.radius;returnoutput;}第(4)部分//聲明Cylinder類classCylinder:publicCircle{public:Cylinder(floatx=0,floaty=0,floatr=0,floath=0);voidsetHeight(float);virtualfloatarea()const;virtualfloatvolume()const;virtualvoidshapeName()const{cout<<″Cylinder:″;}//對虛函數(shù)進行再定義

friendostream&operator<<(ostream&,constCylinder&);protected:floatheight;};//定義Cylinder類成員函數(shù)Cylinder::Cylinder(floata,floatb,floatr,floath):Circle(a,b,r),height(h){}voidCylinder::setHeight(floath){height=h;}floatCylinder::area()const{return2*Circle::area()+2*3.14159*radius*height;}floatCylinder::volume()const{returnCircle::area()*height;}ostream&operator<<(ostream&output,constCylinder&cy){output<<″[″<<cy.x<<″,″<<cy.y<<″],r=″<<cy.radius<<″,h=″<<cy.height;returnoutput;}第(5)部分//main函數(shù)intmain(){Pointpoint(3.2,4.5);//建立Point類對象pointCirclecircle(2.4,1.2,5.6);//建立Circle類對象circleCylindercylinder(3.5,6.4,5.2,10.5);//建立Cylinder類對象cylinder

point.shapeName();//靜態(tài)關聯(lián)

cout<<point<<endl;

circle.shapeName();//靜態(tài)關聯(lián)

cout<<circle<<endl;

cylinder.shapeName();//靜態(tài)關聯(lián)

cout<<cylinder<<endl<<endl;Shape*pt;//定義基類指針pt=&point;//指針指向Point類對象

pt->shapeName();