面向对象第五章

第5章多态性与虚函数本章的学习目的客观世界中的事物多种多样、千姿百态，各类事物都有其特殊性，这就是客观世界的多态性。为了正确反映客观世界的多态性，面向对象技术中也提供了多态性机制，使多态性成为了面向对象程序设计的重要特征。所谓多态性就是在类层次结构的相同类或不同类中，可用相同的函数名实现功能不同的操作。多态性的应用使编程更为简捷、便利，它为程序的模块化设计提供了又一支持手段。因此，在学过面向对象的封装性和继承性编程机制之后，我们还应该了解和掌握多态性编程机制，以提高我们的面向对象编程能力。本章的学习内容•多态性的概念•静态联编和动态联编的概念•虚函数的概念•抽象类的概念5.1多态性的概念多态性是指在类层次结构的相同类或不同类中,可用相同的函数名实现功能不同的操作，从而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，实现不同情况下的不同操作。如下图所示。personcharID[10];charName[10]……virtualvoiddisplay()studentcharID[10];charName[10]floatscore;…virtualvoiddisplay(){person::display();coutscoreendl;}voidmain(){persons1,*p;students2;p=&s1;p-display();p=&s2;p-dispaly();}C++的多态性可使同一条消息，被不同类型的对象接收时将产生不同的行为。多态性是实现“一种接口，多种方法”的技术。这里的“一种接口”是指相同函数名和参数表，而“多种方法”是指多种函数实现，实现相似但不完全相同的功能。personcharID[10];charName[10]……virtualvoiddisplay()studentcharID[10];charName[10]floatscore;…virtualvoiddisplay(){person::display();coutscoreendl;}voidmain(){persons1,*p;students2;p=&s1;p-display();p=&s2;p-dispaly();}C++支持的多态可以分为两种类型：编译时多态：在同一个类或不同类中可用相同的函数名和不同的参数表来实现不同的功能操作，编译系统在编译阶段就可以根据调用函数的参数表来确定调用哪个同名函数。classpointer{intx,y;public:pointer(intcx,intcy){x=cx;y=cy;}pointer(constpointer&p){x=p.x;y=p.y;}……;};voidmain(){pointerob1(40,50);pointerob2=ob1;……}运行时多态：在类的继承层次结构中，不同层次的类中可能具有同名但实现不同的函数，需要在运行阶段才能根据对象所属的层次来确定调用哪个类中的同名函数。personcharID[10];charName[10]……virtualvoiddisplay()studentcharID[10];charName[10]floatscore;…virtualvoiddisplay(){person::display();coutscoreendl;}voidmain(){persons1,*p,A[2];students2;A[1]=s1;A[2]=s2;for(inti=0;i2;i++){p=&A[i];p-display();}}5.2联编多态性的实现过程中，把一个消息函数（如student1.display())与一个对象的具体函数体相联系的过程叫做联编（binding）。按照联编时所处阶段的不同，可以把联编分为静态联编和动态联编，这两种联编过程分别对应着多态性的两种实现方式。5.2.1静态联编在编译阶段由编译系统根据调用函数的操作参数来确定调用哪个同名函数,并将函数调用与该函数体连接起来.例5-1静态联编#includeiostream.hclassStudent{public:voidprint(){cout“Astudent”endl;}voidprint(inta){coutaendl;}};classGStudent:publicStudent{public:voidprint(){cout“Agraduatestudent”endl;}};voidmain(){Students1,*ps;GStudents2;s1.print();s2.print();s2.Student::print();ps=&s1;ps-print();ps=&s2;ps-print();}AstudentAgraduatestudentAstudentAstudentAstudent5.2.2动态联编只有在运行程序时才能根据函数调用指令来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。例如，下例中用指针调用同名函数。personcharID[10];charName[10]……virtualvoiddisplay()studentcharID[10];charName[10]floatscore;…virtualvoiddisplay(){person::display();coutscoreendl;}voidmain(){persons1,*p,A[2];students2;A[1]=s1;A[2]=s2;for(inti=0;i2;i++){p=&A[i];p-display();}}动态联编的优点是提供了更好的编程灵活性、问题的抽象性和程序的易维护性，缺点是与静态联编相比，函数调用速度慢。（如p-print();）问题的抽象性：在实际应用中，编程人员不必过多地考虑类的层次关系，无须显式地写出虚函数的路径，只需将对象指针指向相应的派生类对象或引用相应的对象，通过动态联编就可以对消息做出正确的反应。（如p-print();）5.3虚函数虚函数是动态联编的基础。基类的虚函数经过派生之后，在类族中可以实现运行时的多态性。5.3.1虚函数的声明虚函数是一个在某基类中用virtual声明的,并在一个或多个派生类中被重新定义的成员函数。声明虚函数的格式如下：virtual返回值类型函数名(参数表);一个函数一旦声明为虚函数，则在每层派生类中，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，可以省略关键字virtual。但为了程序的可读性，往往不省略。5.3.2虚函数的使用如果某类中的一个成员函数被说明为虚函数，这就意味着该成员函数在派生类中可能有不同的函数实现。当使用对象指针或对象引用调用虚函数时，就可实现动态联编，即在运行时进行关联或绑定。定义一个基类的对象指针就可以指向不同派生类的对象,来调用不同派生类的虚函数;(2)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,则采用的仍然是静态联编方式。例5-2静态联编和动态联编#includeiostream.hclassStudent{public:virtualvoidprint(){cout“Astudent”endl;}};classGStudent:publicStudent{public:virtualvoidprint(){cout“Agraduatestudent”endl;}};voidmain(){Students1,*ps;GStudents2;s1.print();s2.print();s2.Student::print();ps=&s1;ps-print();ps=&s2;ps-print();}AstudentAgraduatestudentAstudentAstudentAgraduatestudent使用虚函数时应注意：（1）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。在类的成员函数被声明为虚函数后，派生类就具有多态性。例如：#includeiostream.hclassStudent{public:virtualvoidprint(){cout“Astudent”endl;}};classGStudent:publicStudent{public:virtualvoidprint(){cout“Agraduatestudent”endl;}};（2）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，而具有个性的函数没有必要声明为虚函数。如果在派生类中没有重新定义虚函数，则派生类的对象将使用基类的虚函数代码。•静态成员函数不能声明为虚函数。•内联成员函数不能声明为虚函数。因为对于内联成员函数，在程序编译时，编译系统就应明确用哪个函数体替换内联函数调用的地方，而不能等到运行时再确定调用哪个函数。•构造函数不能是虚函数。因为构造函数是在对象产生之前运行的，而虚函数是使用已有对象或其指针来调用的函数。所以，将构造函数声明为虚函数是没有意义的。•析构函数可以是虚函数，且往往被定义成虚函数。因为实施多态时是通过将基类的指针指向派生类的对象来完成的，如果要删除该指针所指的派生类对象时就应该调用该指针所指向的派生类的析构函数，然后派生类的析构函数又调用基类的析构函数，这样整个派生类的对象才能被完全释放。5.4抽象类有时在声明一个基类时无法为虚函数定义其具体实现，这时可以将其声明为一个纯虚函数。包含纯虚函数的类称为抽象类。例如：classShapes{protected:intx,y;public:voidsetvalue(intd,intw=0){x=d;y=w;}virtualvoiddisp()=0;};classShapes{protected:intx,y;public:voidsetvalue(intd,intw=0){x=d;y=w;}virtualvoiddisp()=0;};抽象类是一种特殊的类，专门作为基类派生新类，自身无法实例化，也就是无法定义抽象类的对象，它为一类族提供统一的操作界面。抽象类是为了抽象和设计的目的而建立的，可以说，建立抽象类，就是为了通过它多态地使用其中的成员函数。抽象类处于类层次的上层，由它派生新类，然后再实例化。5.4.1纯虚函数的定义在C++中，一个仅为多态机制提供一个接口而没有任何实体定义的函数，被称为纯虚函数。声明纯虚函数的一般格式如下：抽象类只能用作其他类的基类，不能用来建立抽象类对象。抽象类不能用作参数类型、函数返回值类型或显式转换的类型，但可以说明或定义抽象类的指针或引用，该指针或引用可以指向抽象类的派生类对象，进而实现多态性。virtual返回值类型函数名(参数表)=0;例5-3抽象类的定义和应用classShapes{protected:intx,y;public:voidsetvalue(intd,intw=0){x=d;y=w;}virtualvoiddisp()=0;};classSquare:publicShapes{public:voiddisp(){cout“areaofrectangle:”x*yendl;}};voidmain(){Shapes*ptr;SquareS1;ptr=&S1;ptr-setvalue(10,5);ptr-disp();}程序的运行结果为:areaofrectangular:50习题和实验题项目设计1----用面向对象方法实现校园信息管理系统1系统分析和设计校园信息管理系统的主要功能就是对在校人员(包括学生和教师)的信息资料进行管理。姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓姓