第九章0522程序設計課件

第九章鄭偉第九章多態(tài)9.1多態(tài)性的概念9.2重載、覆蓋與靜態(tài)聯(lián)編9.3虛函數(shù)與運行時多態(tài)9.4純虛函數(shù)與抽象類9.5模板9.1多態(tài)性的概念 多態(tài)性(polymorphism)是面向?qū)ο蟪绦蛟O計的重要特征。C++支持多態(tài)性，利用多態(tài)性，可以設計和擴展一個易于擴展的系統(tǒng)。什么叫多態(tài)？多態(tài)的意思是一種事物的多種形態(tài)。在C++中，是指具有不同功能的函數(shù)可以用同一個函數(shù)名。面向?qū)ο蠓椒ㄖ幸话闶沁@樣描述多態(tài)性的：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）。 9.1.1面向?qū)ο蟪绦蛟O計中的多態(tài) 我們其實已經(jīng)接觸過多態(tài)性的現(xiàn)象。如函數(shù)的重載，運算符的重載。多態(tài)性分類：從系統(tǒng)實現(xiàn)的角度看，多態(tài)性分為以下兩類：靜態(tài)多態(tài)性：又稱編譯時的多態(tài)性。如函數(shù)重載和運算符重載，都屬于靜態(tài)多態(tài)性。動態(tài)多態(tài)性：有稱為運行時的多態(tài)性。它主要表現(xiàn)為虛函數(shù)(virtualfunction)。9.1.1面向?qū)ο蟪绦蛟O計中的多態(tài)面向?qū)ο蟮亩鄳B(tài)可以分為四類：（1）重載多態(tài)（2）強制多態(tài)（3）包含多態(tài)（或運行（時）多態(tài)）（4）參數(shù)多態(tài)普通函數(shù)及類的成員函數(shù)重載、運算符重載屬于重載多態(tài)類型強制轉(zhuǎn)換屬于強制多態(tài)虛函數(shù)屬于包含多態(tài)函數(shù)模板和類模板屬于參數(shù)多態(tài)9.1.2多態(tài)性的實現(xiàn)——聯(lián)編主程序在調(diào)用子程序之前，一般要：保存現(xiàn)場→拿到子程序的地址→轉(zhuǎn)向子程序執(zhí)行。在C++中，普通的函數(shù)調(diào)用由C++鏈接器在鏈接過程中將子程序（被調(diào)函數(shù)）的內(nèi)存（邏輯）地址放到主程序（主調(diào)函數(shù)）的代碼中。如果主程序調(diào)用子程序的語句是多態(tài)性語句，那么在執(zhí)行調(diào)用之前，主程序必須得確定子程序的地址（或者說，確定調(diào)用哪個子程序），這個過程稱為聯(lián)編（Binding），也可翻譯成“綁定”。9.1.2多態(tài)性的實現(xiàn)——聯(lián)編聯(lián)編有兩種方式：靜態(tài)聯(lián)編和動態(tài)聯(lián)編。（1）在源程序編譯的時候就能確定具有多態(tài)性的語句調(diào)用哪個函數(shù)，稱為靜態(tài)聯(lián)編。函數(shù)重載和模板都是在編譯時確定被調(diào)函數(shù)，所以屬于靜態(tài)聯(lián)編。（2）在程序運行時才能夠確定具有多態(tài)性的語句究竟調(diào)用哪個函數(shù)，稱為動態(tài)聯(lián)編。用動態(tài)聯(lián)編實現(xiàn)的多態(tài)，也稱為運行時多態(tài)（RuntimePolymorphism）。聯(lián)編與多態(tài)之間的關(guān)系可以用圖9-1簡明地描述。9.2重載、覆蓋與靜態(tài)聯(lián)編9.2.1重載與靜態(tài)聯(lián)編以下是一個重載函數(shù)的例子。intadd(inta){returna+10;}intadd(inta,intb){returna+b;}intmain(){intx=1,y=2;add(x);add(x,y);return0;上述代碼中有兩個重載函數(shù)add()，在main()函數(shù)中調(diào)用了這兩個重載函數(shù)。編譯器根據(jù)函數(shù)的參數(shù)能夠確定每次調(diào)用哪個函數(shù)，而每個函數(shù)都有自己的地址，編譯器只要加上轉(zhuǎn)移到相應地址的“轉(zhuǎn)移指令”，就可以完成對不同重載函數(shù)的調(diào)用。由此可見，所謂的“同名”僅僅是C++的特性，經(jīng)過編譯器處理之后，同名的函數(shù)變成了不同地址的子程序，對同名函數(shù)的調(diào)用變成了對不同地址子程序的調(diào)用。這個轉(zhuǎn)變過程是由編譯器完成的，換句話說，編譯器分辨出了同名函數(shù)的不同之處。這屬于靜態(tài)聯(lián)編。9.2重載、覆蓋與靜態(tài)聯(lián)編9.2.1覆蓋與靜態(tài)聯(lián)編覆蓋現(xiàn)象只能出現(xiàn)在繼承樹中。在派生類中定義和基類中同名的成員函數(shù)，是對基類進行改造，為派生類增加新行為的一種常用的方法。通過不同的派生類的對象（對象指針或者對象引用），調(diào)用這些同名的成員函數(shù)，實現(xiàn)不同的操作，也是多態(tài)性的一種表現(xiàn)。在某些情況下，覆蓋會導致靜態(tài)聯(lián)編；而另外一些情況下，則會導致動態(tài)聯(lián)編。9.2重載、覆蓋與靜態(tài)聯(lián)編9.2.1覆蓋與靜態(tài)聯(lián)編例9-19-1用對象訪問繼承樹中的同名函數(shù)。//以下代碼僅為示例，無法編譯classB{public:f(){.}};//基類classP:publicB{public:f(){.}};//派生類1classQ:publicB{public:f(){.}};//派生類2main(){Pp;Qq;//創(chuàng)建派生類對象p.f();//調(diào)用P::f()q.f();//調(diào)用Q::f()}基類B派生出類P和類Q，這3個類中都有同名函數(shù)f()。在類的外部，通過派生類的對象調(diào)用同名函數(shù)，那么該調(diào)用被編譯器在編譯階段鏈接到該對象所屬類的同名函數(shù)上。這種情況下，編譯器執(zhí)行了靜態(tài)聯(lián)編。通過對象調(diào)用類的同名函數(shù)，一定是本類中的函數(shù)。9.2重載、覆蓋與靜態(tài)聯(lián)編9.2.1覆蓋與靜態(tài)聯(lián)編例9-29-2用指針訪問繼承樹中的同名函數(shù)。//以下代碼僅為示例，無法編譯classB{public:f(){.}};//基類classP:publicB{public:f(){.}};//派生類1classQ:publicB{public:f(){.}};//派生類2main(){B*b_ptr;Pp;Qq;//定義基類的指針和派生類的對象b_ptr=&p;//基類指針指向派生類b_ptr->f();//通過基類指針調(diào)用B::f()b_ptr=&q;//基類指針指向派生類b_ptr->f();//通過基類指針調(diào)用B::f()}基類B派生出類P和類Q，這3個類中都有同名函數(shù)f()。在類的外部，用派生類對象的地址為基類指針賦值，隨后，使用該基類指針調(diào)用同名函數(shù)。此時所調(diào)用的同名函數(shù)是基類的同名函數(shù)。原因在于，用派生類對象的地址為基類指針賦值時，實際上進行了派生類對象向基類對象的轉(zhuǎn)換（參見8.4.2小節(jié)）。上述情況下，編譯器也執(zhí)行了靜態(tài)聯(lián)編。9.2.3一個典型的例子 現(xiàn)在來看一個綜合性的示例，請同學們認真讀懂這個程序。 我們先建立一個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，增加數(shù)據(jù)成員h(高)。要求重載運算符“<<”和“>>”，使之能輸出這些對象。 這個題目程序較長，我們分為若干步驟進行，分步調(diào)試：先聲明基類point類，并調(diào)試之；再聲明派生類circle類，調(diào)試之；最后聲明cylinder類，調(diào)試之。①先聲明基類point#include<iostream>usingnamespacestd;classpoint//聲明類point{public:point(floatx=0,floaty=0);//有默認值的構(gòu)造函數(shù)voidsetPoint(float,float);//設置點坐標floatgetX()const{returnx;}//讀x值floatgetY()const{returny;}//讀y值

friendostream&operator<<(ostream&,constpoint&);protected:floatx,y;};//下面定義point類的成員函數(shù)point::point(floata,floatb)//point的構(gòu)造函數(shù){x=a;y=b;}voidpoint::setPoint(floata,floatb){x=a;y=b;}ostream&operator<<(ostream&output,constpoint&p){//重載運算符<<output<<“[x=“<<p.x<<“,y=“<<p.y<<“]”<<endl;returnoutput;}編寫好左邊程序后，可調(diào)試它的正確性。我們編寫一個臨時的main函數(shù)：Voidmain(){pointp(1.1,2.2);cout<<p<<endl;p.setPoint(3.3,4.4);cout<<p<<endl;}

運行通過后，刪除臨時的main函數(shù)，進入下一步工作。②再聲明派生類circle類classcircle:publicpoint//聲明類citcle{public:circle(floatx=0,floaty=0,floatr=0);//構(gòu)造函數(shù)voidsetRadius(float);//設置圓半徑floatgetRadius()const{returnradius;}//讀r值floatarea()const;//計算圓面積friendostream&operator<<(ostream&,constcircle&);protected:floatradius;};//下面定義circle類的成員函數(shù)circle::circle(floata,floatb,floatr)

:point(a,b),radius(r){}//point的構(gòu)造函數(shù)voidcircle::setRadius(floatr){radius=r;}floatcircle::area()const//計算圓面積{return3.14159*radius*radius;}ostream&operator<<(ostream&output,constcircle&c){//重載運算符<<output<<“[x=“<<c.x<<“,y=“<<c.y<<“],r=”<<c.radius<<“,area=“<<c.area()<<endl;returnoutput;}編寫好左邊程序后，可調(diào)試它的正確性。我們編寫一個臨時的main函數(shù)：Voidmain(){circlec(1.1,2.2,1.0);c.setRadius(2.0);c.setPoint(2.0,2.0);cout<<c<<endl;}

運行通過后，刪除臨時的main函數(shù)，進入下一步工作。③最后聲明cylinder類classcylinder:publiccircle//聲明類cylinder{public:cylinder(floatx=0,floaty=0,floatr=0,floath=0);//構(gòu)造函數(shù)voidsetHeight(floath){height=h;};//設置圓柱體高floatgetHeight()const{returnheight;}//讀r值floatarea()const;//計算圓柱表面積

floatvolume()const;//求體積friendostream&operator<<(ostream&,constcylinder&);protected:floatheight;};//下面定義cylinder類的成員函數(shù)cylinder::cylinder(floata,floatb,floatr,floath)

:circle(a,b,r),height(h){}//point的構(gòu)造函數(shù)floatcylinder::area()const//計算圓柱表面積{return2*circle::area()+2*3.14159*radius*height;}Floatcylinder::volume()const{returncircle::area()*height;}//求圓柱體積ostream&operator<<(ostream&output,constcylinder&cy){//重載運算符<<output<<“[x=“<<cy.x<<“,y=“<<cy.y<<“],r=”<<cy.radius<<“,height=“<<cy.height<<“,area=“<<cy.area()<<“,volume=“<<cy.volume()<<endl;returnoutput;}最后寫出主函數(shù)voidmain(){cylindercy1(3.0,6.0,2.0,10.0);cout<<“originalcylinder:\n“<<cy1;cy1.setHeight(15.0);cy1.setRadius(7.5);cy1.setPoint(5,5);cout<<“newcylinder:\n“<<cy1;point&pRef=cy1;cout<<“\npRefasapoint:”<<pRef;circle&cRef=cy1;cout<<“\ncRefasacircle:”<<cRef;}9.3虛函數(shù)與運行時多態(tài)

上節(jié)介紹的程序中，circle類和cylinder類都定義了area函數(shù)，但功能不一樣。前者是求圓面積，后者是求圓柱體表面積。由于處在不同的類中，同名是合法的。 如果在圓柱體對象cy1中要調(diào)用求圓面積的函數(shù)，則應該寫成：cy1.circle::area()，而不能寫成cy1.area()。用這種方法來區(qū)分兩種同名函數(shù)。使用起來不方便。 人們要問，能否用一個調(diào)用形式，既能調(diào)用派生類的函數(shù)，又能調(diào)用基類同名函數(shù)？C++中的虛函數(shù)就是用來解決這一問題。虛函數(shù)的作用：虛函數(shù)的作用是允許在派生類中重新定義與基類同名的函數(shù)，并且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)。請看示例程序：示例#include<iostream>#include<string>usingnamespacestd;classstudent{public:student(intn,stringnam,floats){num=n;name=nam;score=s;}voiddisplay(){cout<<“num:”<<num<<“name:”<<name<<“score:”<<score<<endl;}protected:intnum;stringname;floatscore;};classgraduate:publicstudent{public:graduate(intn,stringnam,floats,floatp):student(n,nam,s),pay(p){}voiddisplay(){cout<<“num:”<<num<<“name:”<<name<<“score:”<<score<<“pay:”<<pay<<endl;}private:floatpay;};voidmain(){students1(1001,”Li”,98.5);graduateg1(2001,”Liu”,90.5,800.5);student*pt=&s1;pt->display();//指向基類對象s1pt=&g1;pt->display();//指向派生類對象g1,僅輸出了派生類的基類數(shù)據(jù)成員，因為它調(diào)用的是基類成員函數(shù)display!}假如想輸出派生類的全部數(shù)據(jù)，當然可以采用下面兩種方法之一：通過派生類對象名g1，調(diào)用派生類對象的成員函數(shù)：g1.display()；定義一個指向派生類的指針ptr，并指向g1，然后用ptr->display()。虛函數(shù) 我們可以用虛函數(shù)可以順利解決這一問題。方法是：在基類student中聲明display函數(shù)時，在最左邊加上一個關(guān)鍵字virtual：

virtualvoiddisplay();

就可以student類的display函數(shù)聲明為虛函數(shù)，程序其它部分不變編譯運行后，可見，使用pt->display()，的確將graduate類對象g1的全部數(shù)據(jù)顯示了出來，說明它調(diào)用的是g1的成員函數(shù)display。在派生類中重新定義該函數(shù)，要求函數(shù)名、函數(shù)類型、參數(shù)表完全相同。只在類里的成員函數(shù)聲明時，加上關(guān)鍵字virtual，在類外定義定義虛函數(shù)時，不必加virtual關(guān)鍵字。定義一個指向基類對象的指針，并使她指向同一類族中的某一對象；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)。虛函數(shù)示例 通過使用虛函數(shù)和指針，就能方便地調(diào)用同一類族中不同類對象的同名函數(shù)，只要先用基類指針指向該對象即可。#include<iostream>#include<string>usingnamespacestd;classstudent{public:student(intn,stringnam,floats){num=n;name=nam;score=s;}

virtualvoiddisplay(){cout<<“num:”<<num<<“name:”<<name<<“score:”<<score<<endl;}protected:intnum;stringname;floatscore;};classgraduate:publicstudent{public:graduate(intn,stringnam,floats,floatp):student(n,nam,s),pay(p){}voiddisplay(){cout<<“num:”<<num<<“name:”<<name<<“score:”<<score<<“pay:”<<pay<<endl;}private:floatpay;};voidmain(){students1(1001,”Li”,98.5);graduateg1(2001,”Liu”,90.5,800.5);student*pt=&s1;pt->display();//指向基類對象s1pt=&g1;pt->display();//指向派生類對象g1,調(diào)用g1的顯示函數(shù)display，輸出g1全部數(shù)據(jù)成員}虛函數(shù)示例

例9-4用指針+虛函數(shù)的形式實現(xiàn)動態(tài)聯(lián)編。classB{public:virtualf(){}};classP:publicB{public:f(){}};classQ:publicB{public:f(){}};main(){B*b_ptr;Pp;Qq;b_ptr=&p;b_ptr->f();//調(diào)用的是P::f()b_ptr=&q;b_ptr->f();//調(diào)用的是Q::f()}例9-5用引用+虛函數(shù)的形式實現(xiàn)動態(tài)聯(lián)編。classB{public:virtualf(){}};classP:publicB{public:f(){}};classQ:publicB{public:f(){}};main(){Pp;Qq;B&b_ref1=p;b_ref.f();//調(diào)用的是P::f()B&b_ref2=q;b_ref2.f();//調(diào)用的是Q::f()} 將函數(shù)重載與虛函數(shù)比較，可見：函數(shù)重載是解決的是同一層次上的同名函數(shù)的問題。是橫向重載。虛函數(shù)解決的是不同派生層次上的同名函數(shù)的問題。相當于縱向重載。同一類族的虛函數(shù)的首部是相同的；而重載函數(shù)的首部不相同（參數(shù)表不能相同）。虛函數(shù)何時為靜態(tài)聯(lián)編?何時為動態(tài)聯(lián)編？靜態(tài)聯(lián)編與動態(tài)聯(lián)編

C++在編譯或運行時，對多個同名函數(shù)究竟調(diào)用哪一個函數(shù)，需要一定的機制來確定。這種確定調(diào)用的具體對象的過程稱為“聯(lián)編(binding，也稱關(guān)聯(lián))”，即把函數(shù)名與某一個類對象捆綁在一起。

函數(shù)重載，在編譯時就可確定其調(diào)用的函數(shù)是哪一個；通過對象名調(diào)用虛函數(shù)，在編譯時也可確定其調(diào)用的虛函數(shù)屬于哪一個類。其過程稱為“靜態(tài)關(guān)聯(lián)(staticbinding)，因為是在運行前進行關(guān)聯(lián)的，又成為早期關(guān)聯(lián)(earlybinding)。 通過指針和虛函數(shù)的結(jié)合，在編譯階段是沒法進行關(guān)聯(lián)的，因為編譯只作靜態(tài)的語法檢查，光從語句形式pt->display()無法確定調(diào)用的對象，也就沒法關(guān)聯(lián)。 出現(xiàn)這種情況，我們可以在運行階段來處理關(guān)聯(lián)。在運行階段，基類指針先指向某一個對象，然后通過指針調(diào)用該對象的成員函數(shù)。此時調(diào)用哪個函數(shù)是確定的，沒有不確定因素。例如:pt=&g1;pt->display();

這種情況由于是在運行階段將虛函數(shù)與某一類對象“綁定”在一起的，因此稱為“動態(tài)關(guān)聯(lián)(dynamicbinding)，或“滯后關(guān)聯(lián)(latebinding)”。使用虛函數(shù)，要注意只能用virtual聲明類的成員函數(shù)，類外的普通函數(shù)不能聲明成虛函數(shù)，因為它沒有繼承的操作。一個成員函數(shù)被聲明成虛函數(shù)后，在同一類族中的類就不能再定義一個非virtual的、但與該函數(shù)具有相同參數(shù)表和返回類型的同名函數(shù)。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(gòu)造一個虛函數(shù)表(virtualfunctiontable,vtable)，它是一個指針數(shù)組，存放每個虛函數(shù)的入口地址。

什么情況下使用虛函數(shù)？成員函數(shù)所在的類是否會作為基類？成員函數(shù)被繼承后有沒有可能發(fā)生功能變化，如果兩個因素都具備，就應該將它聲明成虛函數(shù)。如果成員函數(shù)被繼承后功能不變，或派生類用不到該函數(shù)，就不要聲明成虛函數(shù)。應考慮對成員函數(shù)的訪問是通過對象名還是基類指針，如果是通過基類指針或引用訪問，則應當聲明為虛函數(shù)。有時基類中定義虛函數(shù)時并不定義它的函數(shù)體，即函數(shù)體為空。其作用只是定義了一個虛函數(shù)名，具體功能留給派生類添加（純虛函數(shù)）。虛析構(gòu)函數(shù)問題的引出：我們知道，當派生類對象撤消時，系統(tǒng)先調(diào)用派生類析構(gòu)函數(shù)，再調(diào)用基類析構(gòu)函數(shù)。但是，如果用new運算符建立了一個派生類臨時對象，但用一個基類指針指向它，當程序用帶指針參數(shù)的delete撤消對象時，會發(fā)生讓人不能接受的情況：系統(tǒng)只析構(gòu)基類對象，而不析構(gòu)派生類對象（即只會調(diào)用基類的析構(gòu)函數(shù)，而不會調(diào)用派生類的析構(gòu)函數(shù)，這就使得派生類無法執(zhí)行某些清理工作）：classpoint{public:point(){}~point(){cout<<“析構(gòu)基類對象”<<endl;}};classcircle:publicpoint{public:circle(){}~circle(){cout<<“析構(gòu)派生類對象”<<endl;}private:intradius;};intmain(){point*p=newcircle;

//指針為指向基類對象指針，

//但實際指向臨時派生類對象deletep;return0;}

解決的辦法：可以將基類的析構(gòu)函數(shù)聲明為虛析構(gòu)函數(shù)。如：

virtual~point(){cout<<“析構(gòu)基類對象”<<endl;}

程序其它部分不動，就行了。 當基類的析構(gòu)函數(shù)被定義成virtual，無論指針指向同一類族中的哪一個對象，當撤消對象時，系統(tǒng)會采用動態(tài)關(guān)聯(lián)，調(diào)用相應的析構(gòu)函數(shù)，清理該對象，然后再析構(gòu)基類對象。其他需要注意的問題：要實現(xiàn)運行時的多態(tài)，需要以下條件：（1）必須通過指向基類對象的指針，訪問和基類成員函數(shù)同名的派生類成員函數(shù)?；蛘哂门缮悓ο蟪跏蓟幕悓ο蟮囊?，訪問和基類成員函數(shù)同名的派生類成員函數(shù)。（2）派生類的繼承方式必須是公有繼承。（3）基類中的同名成員函數(shù)必須定義為虛函數(shù)。其他需要注意的問題：使用虛函數(shù)時要遵循以下規(guī)則：（1）必須首先在基類中聲明虛函數(shù)。在多級繼承的情況下，也可以不在最高層的基類中聲明虛函數(shù)。例如在第二層定義的虛函數(shù)，可以和第三層的虛函數(shù)形成動態(tài)聯(lián)編。但是，一般都是在最高層的基類中首先聲明虛函數(shù)。（2）基類和派生類的同名函數(shù)，函數(shù)名、返回值、參數(shù)表必須全部相同，才能作為虛函數(shù)來使用。否則，即使函數(shù)用virtual來說明，也不具有虛函數(shù)的行為。（3）靜態(tài)成員函數(shù)不可以聲明為虛函數(shù)。構(gòu)造函數(shù)也不可以聲明為虛函數(shù)。（4）析構(gòu)函數(shù)可以聲明為虛函數(shù)，即可以定義虛析構(gòu)函數(shù)。（5）如果在多層繼承中，最高層和第三層有兩個原型相同的函數(shù)，并在最高層中聲明為虛函數(shù)，則第三層的這個函數(shù)也是虛函數(shù)。這種關(guān)系不會因為第二層沒有定義這個函數(shù)而受到影響。例9-7。9.4純虛函數(shù)與抽象類 前面已經(jīng)提到，有時在基類中將某一成員函數(shù)定為虛函數(shù)并不是基類本身的需要，而是派生類的需要。在基類中預留一個函數(shù)名，具體功能留給派生類根據(jù)需要去定義。 在上一節(jié)中基類point中沒有定義面積area函數(shù)，是因為“點”沒有面積的概念。但是，其直接派生類circle和間接派生類cylinder卻都需要area函數(shù)，而且這兩個area函數(shù)的功能還不相同，一個是求圓面積，一個是求圓柱體表面積。 也許會想到，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”沒有面積。其實，在基類中并不使用這個函數(shù)，其返回值也沒有意義。9.4純虛函數(shù)與抽象類 為簡化起見，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)的聲明形式

virtual函數(shù)類型函數(shù)名(參數(shù)表)=0； 說明純虛函數(shù)沒有函數(shù)體；最后的“=0”不表示函數(shù)值返回0，它只是形式上的作用，告訴編譯系統(tǒng)：這是純虛函數(shù)，這是一個聲明語句，以分號結(jié)尾。如果基類中聲明了純虛函數(shù)，但派生類中沒有定義該函數(shù)，則該函數(shù)在派生類中仍為純虛函數(shù)。9.4純虛函數(shù)與抽象類抽象類什么叫抽象類？一般聲明了一個類，用來定義若干對象。但有些類并不是用來生成對象，而是作為基類去建立派生類。這種不用來定義對象，而只作為一種基本類型用做繼承的類，就叫抽象類(abstractclass)。由于抽象類常作為基類，我們也稱為抽象基類(abstractbaseclass)。 比如，凡是包含純虛函數(shù)的類都叫抽象類。因為純虛函數(shù)不能被調(diào)用，包含純虛函數(shù)的類無法建立對象。抽象類的作用：是作為一個類族的共同基類。即，為一個類族提供一個公共接口。 一個類層次結(jié)構(gòu)中可以不包含任何抽象類，每一層次的類都可以建立對象。但是，許多系統(tǒng)的頂層是一個抽象類，甚至頂部有好幾層都是抽象類。9.4純虛函數(shù)與抽象類 如果由抽象類所派生出的新類中對基類的所有純虛函數(shù)都進行了定義，這個派生類就不是抽象類，可以被調(diào)用，這個派生類就成為可以用來定義對象的具體類(concreteclass)。 如果由抽象類所派生出的新類中對基類的純虛函數(shù)沒有都進行定義，這個派生類就仍然是抽象類。 雖然抽象類不能定義對象，但可以定義指向抽象類的數(shù)據(jù)的指針。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)性操作。

下面請看一個示例，對之前介紹過的以point為基類的點-圓-圓柱體類的層次結(jié)構(gòu)進行改寫，類的頂層是抽象基類shape，點、圓、圓柱體都是shape的直接或間接派生類。#include<iostream.h>classshape{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)};//抽象類不能也不必定義對象classpoint:publicshape{public:point(float=0,float=0);voidsetPoint(float,float);floatgetX(){returnx;}floatgetY(){returny;}virtualvoidshapeName()const{cout<<“point:”;}//對虛函數(shù)再定義

friendostream&operator<<(ostream&,constpoint&);protected:floatx,y;};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;}classcircle:publicpoint{public:circle(floatx=0,floaty=0,floatr=0);floatgetRadius()const;virtualfloatarea()const;//因為基類此函數(shù)定義為虛函數(shù)，所以在這里，不管有沒有virtual,只要函數(shù)名、參數(shù)表相同，都是虛函數(shù)virtualvoidshapeName()const{cout<<“circle:”;}//對虛函數(shù)再定義

friendostream&operator<<(ostream&,constcircle&);protected:floatradius;};//定義circle類成員函數(shù)circle::circle(floatx,floaty,floatr):point(x,y),radius(r){}floatcircle::getRadius()const{returnradius;}floatcircle::area()const{return3.14159*radius*radius;}//重新定義了area函數(shù)ostream&operator<<(ostream&output,constcircle&c){output<<“[“<<c.x<<“,”<<c.y<<“],r=”<<c.radius;returnoutput;}//volume對于point、circle類沒有意義，只是簡單繼承過來，而沒有重新定義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)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;}//重新定義了area函數(shù)floatcylinder::volume()const{returncircle::area()*height;}//重新定義了volume函數(shù)ostream&operator<<(ostream&output,constcylinder&cy){output<<“[“<<cy.x<<“,”<<cy.y<<“],r=”<<cy.radius<<“,h=“<<cy.height;returnoutput;}voidmain(){pointp1(3.2,4.5);circlec1(2.4,1.2,5.6);cylindercy1(3.5,6.4,5.2,10.5);p1.shapeName();//靜態(tài)關(guān)聯(lián)cout<<p1<<endl;c1.shapeName();//靜態(tài)關(guān)聯(lián)cout<<c1<<endl;cy1.shapeName();//靜態(tài)關(guān)聯(lián)cout<<cy1<<endl;

shape*pt;//定義基類指針

pt=&p1;//指針指向point對象p1pt->shapeName();//動態(tài)關(guān)聯(lián)

cout<<“x=“<<p1.getX()<<“,y=“<<p1.getY()<<“\narea=“<<pt->area()<<“\nvolume=“<<pt->volume()<<“\n\n”;pt=&c1;//指針指向circle類對象c1pt->shapeName();//動態(tài)關(guān)聯(lián)cout<<“x=“<<c1.getX()<<“,y=“<<c1.getY()<<“\narea=“<<pt->area()<<“\nvolume=“<<pt->volume()<<“\n\n”;pt=

&cy1;//指針指向cylinder類對象cy1pt->shapeName();//動態(tài)關(guān)聯(lián)cout<<“x=“<<cy1.getX()<<“,y=“<<cy1.getY()<<“\narea=“<<pt->area()<<“\nvolume=“<<pt->volume()<<“\n\n”;}//區(qū)別靜態(tài)關(guān)聯(lián)和動態(tài)關(guān)聯(lián)的方法：//.如果是通過對象名（非引用）調(diào)用虛函數(shù)，如：//p1.shapeName(),就是靜態(tài)關(guān)聯(lián)；//.如果是通過基類指針、或引用調(diào)用虛函數(shù)，如：//pt->shapeName(),就是動態(tài)關(guān)聯(lián)。 多態(tài)性把操作細節(jié)留給類的設計者（專業(yè)人員）去完成，而讓編程人員（類的使用者）只需做一些宏觀性的工作，告訴系統(tǒng)做什么，不必考慮怎么做，簡化了應用程序的編碼工作。 因此有人說，多態(tài)性是開啟繼承功能的鑰匙。為什么需要模板？

C++引入模板主要的目的，是為了使代碼具有好的可重用特性。在C++中，妨礙代碼重用的原因之一在于函數(shù)以及類都和類型有很強的關(guān)聯(lián)性，如果一個函數(shù)在定義時只能處理整型類型的輸入?yún)?shù)，則該函數(shù)就不能處理字符型或其它程序員自定義的類型。類也具有相同的問題，類中的數(shù)據(jù)成員往往也具有確定的類型。模板的引入正是為了解決在這種情形下的代碼重用問題。9.5模板模板把函數(shù)或類要處理的數(shù)據(jù)類型參數(shù)化，表現(xiàn)為參數(shù)的多態(tài)性。使得程序（算法）可以從邏輯功能上抽象把被處理的對象（數(shù)據(jù)）類型作為參數(shù)傳遞C++提供兩種模板機制： 函數(shù)模板類模板模板(Template)函數(shù)模板(FunctionTemplate)類模板

(ClassTemplate)模板函數(shù)(TemplateFunction)模板類(TemplateClass)對象(Object)9.5.1函數(shù)模板先看一個例子。

voidswap(int&a,int&b){

inttemp=a;

a=b;

b=temp;}9.5.1函數(shù)模板 重載提供了函數(shù)的另外一種定義，但不是代碼重用。voidswap(double&a,double&b){

doubletemp=a;a=b;b=temp;}voidswap(student&a,student&b){

studenttemp=a;a=b;b=temp;}9.5.1函數(shù)模板

可以通過定義函數(shù)模板的方式解決因類型不同，參數(shù)個數(shù)相同而導致的代碼不能重用的問題。 在函數(shù)模板中，類型本身可被定義成模板參數(shù)。 通過函數(shù)模板定義的函數(shù)不是一個函數(shù)，而是一組函數(shù)。 定義函數(shù)模板使用保留字template，定義格式如下：template<模板參數(shù)表>返回類型函數(shù)名(函數(shù)形式參數(shù)表){

...

}9.5.1函數(shù)模板 模板參數(shù)表中的參數(shù)可以有多個，多個參數(shù)間用逗號間隔。模板參數(shù)通常代表一個類型（模板類型參數(shù)，注意和函數(shù)參數(shù)不同），模板類型參數(shù)形式如下：class類型參數(shù)名(或typename類型參數(shù)名)

在模板函數(shù)的函數(shù)定義中，可以使用模板參數(shù)表中的類型參數(shù)，就象使用一個基本數(shù)據(jù)類型或用戶已定義好的類型一樣。template<typenameT>voidswap(T&a,T&b){Ttemp=a;a=b;b=temp;}9.5.1函數(shù)模板調(diào)用模板函數(shù)示例：intix=6,iy=7;swap(ix,iy);函數(shù)模板的例化（instaniation）voidswap(int&a,int&b){

inttemp=a;a=b;b=temp;}T=intvoidswap(double&a,double&b){doubletemp=a;a=b;b=temp;}T=double9.5.1函數(shù)模板在調(diào)用函數(shù)模板時，C++編譯器通常是根據(jù)函數(shù)實參的類型來例化函數(shù)模板，這個過程由C++編譯器自動進行，稱為模板參數(shù)推導（templateargumentdeduction）。程序員在調(diào)用模板函數(shù)時也可顯式指定用以替換模板類型參數(shù)的模板實參，模板函數(shù)的顯式調(diào)用形式如下：模板函數(shù)名<模板實參表>(函數(shù)實參表);如:floatfx=6.5,fy=7.5;

swap<float>(fx,fy);指定的模板實參應和函數(shù)實參類型匹配。如：intix=6,iy=7;swap<float>(ix,iy);//錯誤函數(shù)模板的用法使用函數(shù)模板時，應保證函數(shù)的參數(shù)與模板函數(shù)的參數(shù)匹配，編譯器不會給模板函數(shù)的參數(shù)提供任何形式的轉(zhuǎn)換。事實上，函數(shù)模板表示了一組名字相同的函數(shù)，這些函數(shù)之間，以及這些函數(shù)與其它同名函數(shù)之間，是重載函數(shù)的關(guān)系。在引入模板后，重載函數(shù)的參數(shù)匹配規(guī)則如下：若函數(shù)的參數(shù)正好和調(diào)用函數(shù)的參數(shù)匹配，則調(diào)用此函數(shù)；否則，從函數(shù)模板生成函數(shù)，如果函數(shù)實參正好和生成函數(shù)的參數(shù)匹配，則調(diào)用該模板函數(shù)；否則，對相應函數(shù)實參做類型轉(zhuǎn)換之后再匹配，如果匹配成功，則調(diào)用相應函數(shù)。否則，編譯系統(tǒng)會產(chǎn)生錯誤提示信息。9.5.1函數(shù)模板9.5.1函數(shù)模板測試重載函數(shù)的匹配規(guī)則示例。#include<iostream>usingnamespacestd;template<classT>Tmax(Ta,intb);doublemax(doublea,intb)Voidmain(){inti1,i2,i3;doubled1,d2,d3;i1=3,i2=9;d1=6.7,i3=10;d2=8.4,d3=7.8;cout<<max(i1,d3)<<endl;cout<<max(d1,i3)<<endl;cout<<max(d2,d3)<<endl;}doublemax(doublea,intb){cout<<“doublemax(double,int):”;returna>b?a:b;}template<classT>Tmax(Ta,intb){returna>b?a:b;}9.5.1函數(shù)模板顯式指明模板實參示例：程序員可以僅提供部分模板實參，其余的模板實參仍由編譯器自動推導。且省略掉的實參必須是模板參數(shù)表尾部的參數(shù)對應的實參。template<typenameT1,typenameT2,typenameT3>

T1sum(T2a,T3b){returna+b;}

...

intx=6;

floaty=9.9,sigma;

sigma=sum(x,y);//錯誤

sigma=sum<float,int,float>(x,y);//正確

sigma=sum<float>(x,y);//正確

sigma=sum<,int>(x,y);//錯誤9.5.2類模板和函數(shù)一樣，類同樣具有類型依賴性。

類模板實際上是函數(shù)模板的推廣。類模板用于實現(xiàn)類所需數(shù)據(jù)的類型參數(shù)化。9.5.2類模板為了解決類依賴類型的問題，可以使用類模板，類模板的定義和函數(shù)模板的定義類似，使用保留字template，格式如下：template<模板參數(shù)表>class類名{

…;};模板參數(shù)表中的參數(shù)可以有多個，多個參數(shù)間用逗號間隔。模板參數(shù)通常代表一個類型，模板類型參數(shù)形式如下：class類型參數(shù)名(或typename類型參數(shù)名)

9.5.2類模板當定義一個模板類的對象時，程序員需要提供模板實參，C++編譯器根據(jù)程序員提供的模板實參生成一個個具體的適合不同類型的類定義，形式如下：

類名<模板實參>對象名

...

Stash<int>intStash;

Stash<float>floatStash;classStash{intquantity;

intnext;

int*storage;

public:

Stash();

Stash(intinitQuantity);

~Stash();

intadd(int&element);

int&fetch(intindex)const;

intcount()const;

};9.5.2類模板Template<templateT>

classStash{intquantity;

intnext;

T*storage;

public:

Stash();

Stash(intinitQuantity);

~Stash();

intadd(T&element);

T&fetch(intindex)const;

intcount()const;

};9.5.2類模板C++編譯器根據(jù)模板實參生成類的過程被稱為類模板例化。classStash{

intquantity;

intnext;

int*storage;

public:

Stash();

Stash(intinitQuantity);

~Stash();

intadd(int&element);

int&fetch(intindex)const;

intcount()const;

};Stash<int>T=intclassStash{

intquantity;

intnext;

student*storage;

public:

Stash();

Stash(intinitQuantity);

~Stash();

intadd(student&element);

student&fetch(intindex)const;

intcount()const;

};Stash<student>T=student9.5.2類模板模板參數(shù)可以分成兩類:

類型參數(shù)

非類型參數(shù)非類型參數(shù)形式如下：

類型參數(shù)名

...

template<classT,intinc>

classStash{...};如果模板參數(shù)表中含有非類型參數(shù)，定義對象時，程序員需要提供作為實參的常量值。這相當于在程序中定義了一個常量，如：Stash<int,50>intStash;

//等同于constintinc=509.5.2類模板對于非類型參數(shù)，可以有默認值。如：

template<classT,intinc=50>

classStash{...};同函數(shù)默認值一樣，默認值的指定必須按照從右向左的順序進行。

template<classT,intx=50,inty=100>//正確

template<classT,intx,inty=100>//正確

template<classT,intx=50,inty>//錯誤如果指定了默認值，定義對象時，如果程序員沒有提供模板實參，則表示使用默認值。如：stash<int>intStash;//等同于stash<int,50>intS