C++程序设计第12章--谭浩强

第12章多态性与虚函数12.1多态性的概念12.2一个典型的例子12.3虚函数12.4纯虚函数与抽象类多态性(polymorphism)是面向对象程序设计的一个重要特征。利用多态性可以设计和实现一个易于扩展的系统。在C++程序设计中，多态性是指具有不同功能的函数可以用同一个函数名，这样就可以用一个函数名调用不同内容的函数。在面向对象方法中一般是这样表述多态性的:向不同的对象发送同一个消息，不同的对象在接收时会产生不同的行为(即方法)。也就是说，每个对象可以用自己的方式去响应共同的消息。12.1多态性的概念从系统实现的角度看，多态性分为两类:静态多态性和动态多态性。以前学过的函数重载和运算符重载实现的多态性属于静态多态性，在程序编译时系统就能决定调用的是哪个函数，因此静态多态性又称编译时的多态性。静态多态性是通过函数的重载实现的(运算符重载实质上也是函数重载)。动态多态性是在程序运行过程中才动态地确定操作所针对的对象。它又称运行时的多态性。动态多态性是通过虚函数(virtualfunction)实现的。有关静态多态性的应用已经介绍过了，在本章中主要介绍动态多态性和虚函数。例12.1先建立一个Point(点)类，包含数据成员x,y(坐标点)。以它为基类，派生出一个Circle(圆)类，增加数据成员r(半径)，再以Circle类为直接基类，派生出一个Cylinder(圆柱体)类，再增加数据成员h(高)。要求编写程序，重载运算符“”和“”，使之能用于输出以上类对象。对于一个比较大的程序，应当分成若干步骤进行。先声明基类，再声明派生类，逐级进行，分步调试。12.2一个典型的例子(1)声明基类Point类可写出声明基类Point的部分如下:#includeiostream//声明类PointclassPoint{public:Point(floatx=0,floaty=0);//有默认参数的构造函数voidsetPoint(float,float);//设置坐标值floatgetX()const{returnx;}//读x坐标floatgetY()const{returny;}//读y坐标friendostream&operator(ostream&,constPoint&);//重载运算符“”protected://受保护成员floatx,y;};//下面定义Point类的成员函数//Point的构造函数Point::Point(floata,floatb)//对x,y初始化{x=a;y=b;}//设置x和y的坐标值voidPoint::setPoint(floata,floatb)//为x,y赋新值{x=a;y=b;}//重载运算符“”，使之能输出点的坐标ostream&operator(ostream&output,constPoint&p){output″[″p.x″,″p.y″]″endl;returnoutput;}以上完成了基类Point类的声明。现在要对上面写的基类声明进行调试，检查它是否有错，为此要写出main函数。实际上它是一个测试程序。intmain(){Pointp(3.5,6.4);//建立Point类对象pcout″x=″p.getX()″,y=″p.getY()endl;//输出p的坐标值p.setPoint(8.5,6.8);//重新设置p的坐标值cout″p(new):″pendl;//用重载运算符“”输出p点坐标}程序编译通过，运行结果为x=3.5,y=6.4p(new):[8.5,6.8]测试程序检查了基类中各函数的功能，以及运算符重载的作用，证明程序是正确的。(2)声明派生类CircleclassCircle:publicPoint//circle是Point类的公用派生类{public:Circle(floatx=0,floaty=0,floatr=0);//构造函数voidsetRadius(float);//设置半径值floatgetRadius()const;//读取半径值floatarea()const;//计算圆面积-9、共用数据的保护friendostream&operator(ostream&,constCircle&);//重载运算符private:floatradius;};//定义构造函数，对圆心坐标和半径初始化Circle::Circle(floata,floatb,floatr):Point(a,b),radius(r){}//设置半径值voidCircle::setRadius(floatr){radius=r;}//读取半径值floatCircle::getRadius()const{returnradius;}//计算圆面积floatCircle::area()const{return3.14159*radius*radius;}//重载运算符“”，使之按规定的形式输出圆的信息ostream&operator(ostream&output,constCircle&c){output″Center=[″c.x″,″c.y″],r=″c.radius″,area=″c.area()endl;returnoutput;}为了测试Circle类定义，可以写出下面的主函数:intmain(){Circlec(3.5,6.4,5.2);//建立Circle类对象c，并给定圆心坐标和半径cout″originalcircle:\\nx=″c.getX()″,y=″c.getY()″,r=″c.getRadius()″,area=″c.area()endl;//输出圆心坐标、半径和面积c.setRadius(7.5);//设置半径值c.setPoint(5,5);//设置圆心坐标值x,ycout″newcircle:\\n″c;//用重载运算符“”输出圆对象的信息Point&pRef=c;//pRef是Point类的引用变量，被c初始化cout″pRef:″pRef;//输出pRef的信息return0;}程序编译通过，运行结果为originalcircle:(输出原来的圆的数据)x=3.5,y=6.4,r=5.2,area=84.9486newcircle:(输出修改后的圆的数据)Center=[5,5],r=7.5,area=176.714pRef:[5,5](输出圆的圆心“点”的数据)(3)声明Circle的派生类Cylinder现在再从Circle派生出Cylinder类。classCylinder:publicCircle//Cylinder是Circle的公用派生类{public:Cylinder(floatx=0,floaty=0,floatr=0,floath=0);//构造函数voidsetHeight(float);//设置圆柱高floatgetHeight()const;//读取圆柱高floatarea()const;//计算圆表面积floatvolume()const;//计算圆柱体积friendostream&operator(ostream&,constCylinder&);//重载运算符“”protected:floatheight;//圆柱高};//定义构造函数Cylinder::Cylinder(floata,floatb,floatr,floath):Circle(a,b,r),height(h){}//设置圆柱高voidCylinder::setHeight(floath){height=h;}//读取圆柱高floatCylinder::getHeight()const{returnheight;}//计算圆表面积floatCylinder::area()const{return2*Circle::area()+2*3.14159*radius*height;}//计算圆柱体积floatCylinder::volume()const{returnCircle::area()*height;}//重载运算符“”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;}可以写出下面的主函数:intmain(){Cylindercy1(3.5,6.4,5.2,10);//定义Cylinder类对象cy1cout″\\noriginalcylinder:\\nx=″cy1.getX()″,y=″cy1.getY()″,r=″cy1.getRadius()″,h=″cy1.getHeight()″\\narea=″cy1.area()″,volume=″cy1.volume()endl;//用系统定义的运算符“”输出cy1的数据cy1.setHeight(15);//设置圆柱高cy1.setRadius(7.5);//设置圆半径cy1.setPoint(5,5);//设置圆心坐标值x,ycout″\\nnewcylinder:\\n″cy1;//用重载运算符“”输出cy1数据Point&pRef=cy1;//pRef是Point类对象的引用变量cout″\\npRefasaPoint:″pRef;//pRef作为一个“点”输出Circle&cRef=cy1;//cRef是Circle类对象的引用变量cout″\\ncRefasaCircle:″cRef;//cRef作为一个“圆”输出return0;}运行结果如下:originalcylinder:(输出cy1的初始值)x=3.5,y=6.4,r=5.2,h=10(圆心坐标x,y。半径r，高h)area=496.623,volume=849.486(圆柱表面积area和体积volume)newcylinder:(输出cy1的新值)Center=[5,5],r=7.5,h=15(以[5,5]形式输出圆心坐标)area=1060.29,volume=2650.72(圆柱表面积area和体积volume)pRefasaPoint:[5,5](pRef作为一个“点”输出)cRefasaCircle:Center=[5,5],r=7.5,area=176.714(cRef作为一个“圆”输出)在本例中存在静态多态性，这是运算符重载引起的。可以看到，在编译时编译系统即可以判定应调用哪个重载运算符函数。稍后将在此基础上讨论动态多态性问题。在类的继承层次结构中，在不同的层次中可以出现名字相同、参数个数和类型都相同而功能不同的函数。编译系统按照同名覆盖的原则决定调用的对象。在例12.1程序中用cy1.area()调用的是派生类Cylinder中的成员函数area。如果想调用cy1中的直接基类Circle的area函数，应当表示为:cy1.Circle::area()。用这种方法来区分两个同名的函数。但是这样做很不方便。12.3虚函数12.3.1虚函数的作用人们提出这样的设想，能否用同一个调用形式，既能调用派生类又能调用基类的同名函数。在程序中不是通过不同的对象名去调用不同派生层次中的同名函数，而是通过指针调用它们。例如，用同一个语句“pt-display();”可以调用不同派生层次中的display函数，只需在调用前给指针变量pt赋以不同的值(使之指向不同的类对象)即可。C++中的虚函数就是用来解决这个