第六讲多态虚函数重载.

1第六讲电子信息学院课程组武汉大学面向对象程序设计2本讲主要内容多态性动态编联/静态编联虚函数/纯虚函数重载33继承与派生回顾classAclassBclassC每个派生类只有一个直接基类——单继承classAclassBclassC一个派生类同时从多个基类派生而来，即有多个直接基类——多重继承C++概述继承与派生回顾classBclassCclassDclassADBACA派生类D的对象中存在间接基类A的两份副本继承与派生回顾1.多重派生虚基类变量2.派生虚函数操作6例：首先定义类Point，然后定义类Point的派生类Circle，再定义类Circle的派生类Cylinder。PointCircleCylinder(x,y)(x,y)r(x,y)hr(x,y)whRectangle7类描述8多态性多态性是指类中同一函数名对应多个具有相似功能的不同函数，可以使用相同的调用方式来调用这些具有不同功能的同名函数的特性。在C++程序中，多态性表现为同一种调用方式完成不同的处理。从实现角度来划分，多态可分为编译时多态和运行时多态。多态的表现•多态表现为函数名相同，可实现不同的功能。wash_car();wash(car);wash_clothes();wash(clothes);wash_hands();wash(hands);9–编译时多态是指在编译阶段由编译系统根据操作数据确定调用哪个同名函数。–运行时多态是指在运行阶段才根据产生的信息确定需要调用哪个同名的函数。10联编C++通过采用联编技术来支持多态性。多态性实现过程中，确定调用哪个同名函数的过程就是联编，又称绑定。联编是指计算机程序自身彼此关联的过程，也就是将函数调用语句与函数代码相关联。两种联编方式：静态联编和动态联编。–静态联编是指编译器在编译阶段就确定了要调用的函数，即早期绑定。重载采用静态联编方式。–动态联编是指在程序执行过程中根据具体情况再确定要调用的函数，即后期绑定。当通过基类指针调用虚函数时，C++采用动态联编方式。虚函数体现出一种动态多态性或运行时多态性。静态联编在编译阶段完成的联编称为静态联编。在编译过程中，编译系统可根据参数不同来确定哪一个同名函数。函数重载和运算符重载就是通过静态联编方式实现编译时多态性的体现。优点：函数调用速度快，效率高。缺点：编程不够灵活。静态联编举例#includeiostream.hclassStudent{public:voidprint(){coutAStudentendl;}};classGStudent:publicStudent{public:voidprint(){coutAgraduateStudentendl;}};静态联编举例（续）voidmain(){Students1,*ps;GStudents2;s1.print();s2.print();s2.Student::print();ps=&s1;ps-print();ps=&s2;ps-print();}希望调用对象s2的输出函数，但是实际调用的却是对象s1的输出函数。运行结果：AStudentAgraduateAStudentAStudentAStudentAStudent静态联编举例（续）说明:基类指针ps指向派生类对象s2时并没有调用派生类的print()，而仍然调用基类的print()，这是因为静态联编的结果。在程序编译阶段，基类指针ps对print()的操作只能绑定到基类的print()上，导致程序输出了不期望的结果。而期望的是执行派生类的print函数。用基类指针指向派生类对象声明一个派生类的对象的同时也自动声明了一个基类的对象。派生类的对象可以认为是其基类的对象。C++允许一个基类对象的指针指向其派生类的对象——这是实现虚函数的关键不允许派生类对象的指针指向其基类的对象。即使将一个基类对象的指针指向其派生类的对象，通过该指针也只能访问派生类中从基类继承的公有成员，不能访问派生类自定义的成员，除非通过强制类型转换将基类指针转换为派生类指针。17例基类指针与派生类指针之间的相互转换。classA{private:inta;public:voidsetA(inti){a=i;}voidshowA(){couta=a'\n';}};classB:publicA{private:intb;public:voidsetB(inti){b=i;}voidshowB(){coutb=b'\n';}};18voidmain(){Aa,*pa;//pa为基类对象的指针Bb,*pb;//pb为派生类对象的指针pa=&b;//基类指针pa指向派生类对象b//通过基类指针pa访问B中从基类A继承的公有成员pa-setA(100);pa-showA();pb=(B*)pa;//将基类指针强制转化为派生类指针//不能通过基类指针pa访问派生类自己定义的成员pb-setB(200);pb-showB();}程序运行结果为：a=100b=200pb=&a或者pa-setB()pa-showB()动态联编有些联编工作无法在编译阶段准确完成，只有在运行程序时才能确定将要调用的函数。这种在运行阶段进行的联编称为动态联编。C++规定，动态联编通过继承和虚函数来实现。优点：提供了更好的编程灵活性、问题抽象性和程序易维护性。缺点：与静态联编相比，函数调用速度慢。为什么要引入虚函数classA{public:voidShow(){coutA::Show\n;};};voidmain(){A*pa;Bb;pa=&b;pa-Show();}classB:publicA{public:voidShow(){coutB::Show\n;};};调用哪一个Show()如果想通过基类指针调用派生类中覆盖的成员函数，只有使用虚函数。虚函数•虚函数是动态联编的基础，是非静态的成员函数，经过派生之后，虚函数在类族中可以实现运行时多态。•虚函数是在某一个基类中声明为virtual，并在一个或多个派生类中被重新定义的成员函数。•声明虚函数的格式：virtual返回值类型函数名(参数表);•一个函数一旦被声明为虚函数，则无论声明它的类被继承了多少层，在每一层派生类中该函数都保持虚函数特性。因此在派生类中重新定义该函数时，可省略关键字virtual。但是为了提高程序的可读性，往往不省略。classA{public:virtualvoidShow(){coutA::show\n;};};classB:publicA{public:voidShow(){coutB::show\n;};};voidmain(){Aa,*pa;Bb;pa=&a;pa-Show();//调用函数A::Show()pa=&b;pa-Show();//调用函数B::Show()}程序运行结果：A::ShowB::Show使用虚函数的注意事项•在派生类中重新定义虚函数时，必须保证函数的返回值类型和参数与基类中的声明完全一致。否则不具备多态性。•如果在派生类中没重新定义虚函数，则派生类的对象将使用基类的虚函数代码。•只有通过对象指针或对象引用来调用虚函数，才能实现动态联编。如果采用对象来调用虚函数，则采用的是静态联编方式。动态联编举例#includeiostream.hclassStudent{public:virtualvoidprint(){coutAStudent;coutendl;}};classGStudent:publicStudent{public:virtualvoidprint(){coutAgraduateStudent;coutendl;}};voidfun(Student&s){s.print();}voidmain(){Students1,*ps;GStudents2;//对象引用调用虚函数fun(s1);fun(s2);//对象指针调用虚函数ps=&s2;ps-print();}程序运行结果：AStudentAgraduateStudentAgraduateStudent构造函数、析构函数与虚函数•基于构造函数的特点，不能将构造函数定义为虚函数。•当撤消派生类的对象时，先调用派生类析构函数，然后自动调用基类析构函数，如此看来析构函数没必要定义为虚函数。但是，假如使用基类指针指向其派生类的对象，而这个派生类对象是用new运算创建的。当程序使用delete运算撤消派生类对象时，这时只调用了基类的析构函数，而没有调用派生类的析构函数。•如果使用虚析构函数，无论指针所指的对象是基类对象还是派生类对象，程序执行时都会调用对应的析构函数。声明派生类对象时自动调用基类的构造函数例虚析构函数的使用classA{public://构造函数不能是虚函数A(){};//析构函数是虚函数virtual~A(){coutA::destructor\n;};};classB:publicA{public:B(){};//虚析构函数~B(){coutB::destructor\n;};};voidmain(){A*pA=newB;//......deletepA;/*先调用派生类B的析构函数，再调用基类A的析构函数*/}程序运行结果：B::destructorA::destructor如果析构函数不是虚函数，则得不到下面的运行结果。请思考会是什么结果总结：由于使用了虚析构函数，当撤消pA所指派生类B的对象时，首先调用派生类B的析构函数，然后再调用基类A的析构函数。27进入下一节虚函数的适用性•一般来说，可将类族中的具有共性的成员函数声明为虚函数，而具有个性的函数则没有必要声明为虚函数。但是以下情况例外：–静态成员函数不能声明为虚函数。因为静态函数不属于某一个对象，没有多态性的特征。–内联函数不能声明为虚函数。因为内联函数的执行代码明确，没有虚函数的特征。–构造函数不能声明为虚函数。–析构函数可以是虚函数。#includeiostream.hclassPoint{public:Point(intx1,inty1){x=x1;y=y1;}intarea(){return0;}private:intx,y;};voidfun(Point&p){coutp.area()endl;}classRect:publicPoint{public:Rect(intx1,inty1,intu1,intw1):Point(x1,y1){u=u1;w=w1;}intarea(){returnu*w;}private:intw,u;};voidmain(){Rectrct(2,4,10,6);fun(rct);}3030虚函数实现同一个接口来处理不同的对象CShapeCEllipseCCircleCTriangleCRectangleCSquare31voidmain(){CShapeaShape;CEllipseaEllipse;CCircleaCircle;CTriangleaTriangle;CRectangleaRect;CSquareaSquare;CShape*pShape[6]={&aShape,&aEllipse,&aCircle,&aTriangle,&aRect,&aSquare,};for(inti=0;i6;i++){pShape[i]-Draw();}}32虚函数使用实例：图形绘制RectTriShape•在图形类层次体系中有如下行为–Rotate–Draw–Area希望通过指向基类Shape对象的指针统一完成绘制不同图形的工作Circle33虚函数使用实例：图形绘制classShape{public:doublet;intntype;doubles;Circle*pCir;Tri*pTri;CRect*pRect;public:voidarea();