C++語言程序設(shè)計(清華大學鄭莉)(8)

1、1第八章第八章 多態(tài)性多態(tài)性清華大學清華大學 鄭鄭 莉莉C+語言程序設(shè)計C+語言程序設(shè)計清華大學 鄭莉2本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容l多態(tài)性多態(tài)性l運算符重載運算符重載l虛函數(shù)虛函數(shù)l純虛函數(shù)純虛函數(shù)l抽象類抽象類C+語言程序設(shè)計清華大學 鄭莉3多態(tài)性的概念多態(tài)性的概念l多態(tài)性是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的重要特多態(tài)性是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的重要特征之一。征之一。l多態(tài)性是指發(fā)出同樣的消息被不同類多態(tài)性是指發(fā)出同樣的消息被不同類型的對象接收時有可能導致完全不同型的對象接收時有可能導致完全不同的行為。的行為。l多態(tài)的實現(xiàn)：多態(tài)的實現(xiàn)： 函數(shù)重載 運算符重載 虛函數(shù)C+語言程序設(shè)計清華大學 鄭莉4問題舉例問題舉例復

2、數(shù)的運算復數(shù)的運算class complex/復數(shù)類聲明復數(shù)類聲明public:complex(double r=0.0,double i=0.0) /構(gòu)造函數(shù)構(gòu)造函數(shù) real=r; imag=i; void display();/顯示復數(shù)的值顯示復數(shù)的值private:double real;double imag;運算符重載C+語言程序設(shè)計清華大學 鄭莉5問題舉例問題舉例復數(shù)的運算復數(shù)的運算l用用“+”、“-”能夠?qū)崿F(xiàn)復數(shù)的加減運能夠?qū)崿F(xiàn)復數(shù)的加減運算嗎？算嗎？l實現(xiàn)復數(shù)加減運算的方法實現(xiàn)復數(shù)加減運算的方法 重載重載“+”、“-”運算符運算符運算符重載C+語言程序設(shè)計清華大學 鄭莉6運算

3、符重載的實質(zhì)運算符重載的實質(zhì)l運算符重載是對已有的運算符賦予多重含運算符重載是對已有的運算符賦予多重含義義l必要性必要性 C+中預定義的運算符其運算對象只能是基本數(shù)據(jù)類型，而不適用于用戶自定義類型（如類）l實現(xiàn)機制實現(xiàn)機制 將指定的運算表達式轉(zhuǎn)化為對運算符函數(shù)的調(diào)用，運算對象轉(zhuǎn)化為運算符函數(shù)的實參。 編譯系統(tǒng)對重載運算符的選擇，遵循函數(shù)重載的選擇原則。運算符重載C+語言程序設(shè)計清華大學 鄭莉7運算符重載規(guī)則和限制規(guī)則和限制l可以重載可以重載C+中除下列運算符外的所中除下列運算符外的所有運算符：有運算符：. .* : ?:l只能重載只能重載C+語言中已有的運算符，語言中已有的運算符，不可臆造新的

4、。不可臆造新的。l不改變原運算符的優(yōu)先級和結(jié)合性。不改變原運算符的優(yōu)先級和結(jié)合性。l不能改變操作數(shù)個數(shù)。不能改變操作數(shù)個數(shù)。l經(jīng)重載的運算符，其操作數(shù)中至少應(yīng)經(jīng)重載的運算符，其操作數(shù)中至少應(yīng)該有一個是自定義類型。該有一個是自定義類型。C+語言程序設(shè)計清華大學 鄭莉8兩種形式兩種形式l重載為類成員函數(shù)。重載為類成員函數(shù)。l重載為非成員函數(shù)（通常為友元函重載為非成員函數(shù)（通常為友元函數(shù)）。數(shù)）。運算符重載C+語言程序設(shè)計清華大學 鄭莉9運算符函數(shù)運算符函數(shù)l聲明形式聲明形式函數(shù)類型 operator 運算符（形參） .l重載為類成員函數(shù)時重載為類成員函數(shù)時 參數(shù)個數(shù)參數(shù)個數(shù)=原操作數(shù)個數(shù)原操作數(shù)個

5、數(shù)-1 （后置（后置+、-除外）除外）l重載為友元函數(shù)時重載為友元函數(shù)時 參數(shù)個數(shù)參數(shù)個數(shù)=原操作數(shù)個數(shù)原操作數(shù)個數(shù)，且至少應(yīng)該有一個自定義類型的形參。且至少應(yīng)該有一個自定義類型的形參。運算符重載C+語言程序設(shè)計清華大學 鄭莉10運算符成員函數(shù)的設(shè)計運算符成員函數(shù)的設(shè)計l雙目運算符雙目運算符 B 如果要重載 B 為類成員函數(shù)，使之能夠?qū)崿F(xiàn)表達式 oprd1 B oprd2，其中 oprd1 為A 類對象，則 B 應(yīng)被重載為 A 類的成員函數(shù)，形參類型應(yīng)該是 oprd2 所屬的類型。 經(jīng)重載后，表達式 oprd1 B oprd2 相當于 oprd1.operator B(oprd2)運算符重載C

6、+語言程序設(shè)計清華大學 鄭莉11運算符重載 例例 8-1 將將“+”+”、“-”-”運算重載為復數(shù)類運算重載為復數(shù)類的成員函數(shù)。的成員函數(shù)。l 規(guī)則規(guī)則: 實部和虛部分別相加減。實部和虛部分別相加減。l 操作數(shù)操作數(shù): 兩個操作數(shù)都是復數(shù)類的對象。兩個操作數(shù)都是復數(shù)類的對象。#includeusing namespace std;class complex/復數(shù)類聲明復數(shù)類聲明public:/外部接口外部接口complex(double r=0.0,double i=0.0)real=r;imag=i; /構(gòu)造函數(shù)構(gòu)造函數(shù)complex operator + (complex c2); /+重

7、載為成員函數(shù)重載為成員函數(shù)complex operator - (complex c2); /-重載為成員函數(shù)重載為成員函數(shù)void display(); /輸出復數(shù)輸出復數(shù)private:/私有數(shù)據(jù)成員私有數(shù)據(jù)成員double real;/復數(shù)實部復數(shù)實部double imag;/復數(shù)虛部復數(shù)虛部;12complex complex:operator +(complex c2) /重載函數(shù)實現(xiàn)重載函數(shù)實現(xiàn)complex c;c.real=c2.real+real;c.imag=c2.imag+imag;return complex(c.real,c.imag);13complex compl

8、ex:operator -(complex c2) /重載函數(shù)實現(xiàn)重載函數(shù)實現(xiàn)complex c;c.real=real-c2.real;c.imag=imag-c2.imag;return complex(c.real,c.imag);14void complex:display() cout(real,imag)endl; int main() /主函數(shù)主函數(shù) complex c1(5,4),c2(2,10),c3; /聲明復數(shù)類的對象聲明復數(shù)類的對象coutc1=; c1.display();coutc2=; c2.display();c3=c1-c2;/使用重載運算符完成復數(shù)減法使用重

9、載運算符完成復數(shù)減法coutc3=c1-c2=;c3.display();c3=c1+c2;/使用重載運算符完成復數(shù)加法使用重載運算符完成復數(shù)加法coutc3=c1+c2=;c3.display();15程序輸出的結(jié)果為：程序輸出的結(jié)果為：c1=(5,4)c2=(2,10)c3=c1-c2=(3,-6)c3=c1+c2=(7,14)16C+語言程序設(shè)計清華大學 鄭莉17運算符成員函數(shù)的設(shè)計運算符成員函數(shù)的設(shè)計l前置單目運算符前置單目運算符 U 如果要重載 U 為類成員函數(shù)，使之能夠?qū)崿F(xiàn)表達式 U oprd，其中 oprd 為A類對象，則 U 應(yīng)被重載為 A 類的成員函數(shù)，無形參。 經(jīng)重載后，表

10、達式 U oprd 相當于 oprd.operator U()運算符重載C+語言程序設(shè)計清華大學 鄭莉18運算符成員函數(shù)的設(shè)計運算符成員函數(shù)的設(shè)計l后置單目運算符后置單目運算符 +和和- 如果要重載 +或-為類成員函數(shù)，使之能夠?qū)崿F(xiàn)表達式 oprd+ 或 oprd- ，其中 oprd 為A類對象，則 +或- 應(yīng)被重載為 A 類的成員函數(shù)，且具有一個 int 類型形參。 經(jīng)重載后，表達式 oprd+ 相當于 oprd.operator +(0)運算符重載C+語言程序設(shè)計清華大學 鄭莉19例例8-2l運算符前置運算符前置+和后置和后置+重載為時鐘類重載為時鐘類的成員函數(shù)。的成員函數(shù)。l前置單目運算

11、符，重載函數(shù)沒有形參，前置單目運算符，重載函數(shù)沒有形參，對于后置單目運算符，重載函數(shù)需要對于后置單目運算符，重載函數(shù)需要有一個整型形參。有一個整型形參。l操作數(shù)是時鐘類的對象。操作數(shù)是時鐘類的對象。l實現(xiàn)時間增加實現(xiàn)時間增加1秒鐘。秒鐘。運算符重載/8_2.cpp#includeusing namespace std;class Clock /時鐘類聲明時鐘類聲明 public:/外部接口外部接口 Clock(int NewH=0, int NewM=0, int NewS=0); void ShowTime(); Clock& operator +(); /前置單目運算符重載前置單目

12、運算符重載 Clock operator +(int); /后置單目運算符重后置單目運算符重載載 private:/私有數(shù)據(jù)成員私有數(shù)據(jù)成員 int Hour,Minute,Second;20Clock& Clock:operator +() /前置單目運算符重載函數(shù)前置單目運算符重載函數(shù) Second+;if(Second=60) Second=Second-60; Minute+; if(Minute=60) Minute=Minute-60; Hour+; Hour=Hour%24; return *this;21/后置單目運算符重載后置單目運算符重載Clock Clock:op

13、erator +(int)/注意形參表中的整型參數(shù)注意形參表中的整型參數(shù) Clock old=*this; +(*this); return old;22/其它成員函數(shù)的實現(xiàn)略其它成員函數(shù)的實現(xiàn)略int main()Clock myClock(23,59,59);coutFirst time output:;myClock.ShowTime(); coutShow myClock+:; (myClock+).ShowTime(); coutShow +myClock:;(+myClock).ShowTime();23程序運行結(jié)果為：程序運行結(jié)果為：First time output: 23:5

14、9:59Show myClock+: 23:59:59Show +myClock: 0:0:124C+語言程序設(shè)計清華大學 鄭莉25非成員運算符函數(shù)的設(shè)計非成員運算符函數(shù)的設(shè)計l如果需要重載一個運算符，使之能夠如果需要重載一個運算符，使之能夠用于操作某類對象的私有成員，可以用于操作某類對象的私有成員，可以此將運算符重載為該類的非成員（通此將運算符重載為該類的非成員（通常為友元）函數(shù)。常為友元）函數(shù)。l函數(shù)的形參代表依自左至右次序排列函數(shù)的形參代表依自左至右次序排列的各操作數(shù)。的各操作數(shù)。l后置單目運算符后置單目運算符 +和和-的重載函數(shù)，的重載函數(shù)，形參列表中要增加一個形參列表中要增加一個in

15、t，但不必寫，但不必寫形參名。形參名。運算符重載C+語言程序設(shè)計清華大學 鄭莉26非成員運算符函數(shù)的設(shè)計非成員運算符函數(shù)的設(shè)計l雙目運算符雙目運算符 B重載后，重載后，表達式表達式oprd1 B oprd2 等同于等同于operator B(oprd1,oprd2 )l前置單目運算符前置單目運算符 B重載后，重載后，表達式表達式 B oprd 等同于等同于operator B(oprd )l后置單目運算符后置單目運算符 +和和-重載后，重載后，表達式表達式 oprd B 等同于等同于operator B(oprd,0 )運算符重載C+語言程序設(shè)計清華大學 鄭莉27例例8-3l將將+ +、- -

16、（雙目）重載為復數(shù)類的友元（雙目）重載為復數(shù)類的友元函數(shù)。函數(shù)。l兩個操作數(shù)都是復數(shù)類的對象。兩個操作數(shù)都是復數(shù)類的對象。運算符重載#includeusing namespace std;class complex/復數(shù)類聲明復數(shù)類聲明public:/外部接口外部接口complex(double r=0.0,double i=0.0) real=r; imag=i; /構(gòu)造函數(shù)構(gòu)造函數(shù)friend complex operator + (complex c1,complex c2);/運算符運算符+ +重載為友元函數(shù)重載為友元函數(shù)friend complex operator - (compl

17、ex c1,complex c2);/運算符運算符- -重載為友元函數(shù)重載為友元函數(shù)void display(); /顯示復數(shù)的值顯示復數(shù)的值private:/私有數(shù)據(jù)成員私有數(shù)據(jù)成員double real;double imag;28complex operator +(complex c1,complex c2)/運算符重載友元函數(shù)實現(xiàn)運算符重載友元函數(shù)實現(xiàn) return complex(c2.real+c1.real, c2.imag+c1.imag);complex operator -(complex c1,complex c2)/運算符重載友元函數(shù)實現(xiàn)運算符重載友元函數(shù)實現(xiàn) ret

18、urn complex(c1.real-c2.real, c1.imag-c2.imag);/ 其他函數(shù)和主函數(shù)同例其他函數(shù)和主函數(shù)同例8-129C+語言程序設(shè)計清華大學 鄭莉30靜態(tài)綁定與動態(tài)綁定靜態(tài)綁定與動態(tài)綁定l綁定綁定 程序自身彼此關(guān)聯(lián)的過程，確定程序中的操作調(diào)用與執(zhí)行該操作的代碼間的關(guān)系。l靜態(tài)綁定靜態(tài)綁定 綁定過程出現(xiàn)在編譯階段，用對象名或者類名來限定要調(diào)用的函數(shù)。l動態(tài)綁定動態(tài)綁定 綁定過程工作在程序運行時執(zhí)行，在程序運行時才確定將要調(diào)用的函數(shù)。#includeusing namespace std;class Point public:Point(double i, doubl

19、e j) x=i; y=j;double Area() const return 0.0; private:double x, y;class Rectangle:public Point public:Rectangle(double i, double j, double k, double l);double Area() const return w*h; private:double w,h;靜態(tài)綁定例31Rectangle:Rectangle(double i, double j, double k, double l) :Point(i,j) w=k; h=l; void fun

20、(Point &s) coutArea=s.Area()endl; int main()Rectangle rec(3.0, 5.2, 15.0, 25.0);fun(rec);運行結(jié)果：運行結(jié)果：Area=032#includeusing namespace std;class Point public: Point(double i, double j) x=i; y=j; virtual double Area() const return 0.0; private:double x, y;class Rectangle:public Point public: Rectangl

21、e(double i, double j, double k, double l); virtual double Area() const return w*h; private:double w,h;/其他函數(shù)同上例其他函數(shù)同上例動態(tài)綁定例 33void fun(Point &s) coutArea=s.Area()endl; int main()Rectangle rec(3.0, 5.2, 15.0, 25.0);fun(rec);運行結(jié)果運行結(jié)果:Area=37534C+語言程序設(shè)計清華大學 鄭莉35虛函數(shù)虛函數(shù)l虛函數(shù)是動態(tài)綁定的基礎(chǔ)。虛函數(shù)是動態(tài)綁定的基礎(chǔ)。l是非靜態(tài)的成

22、員函數(shù)。是非靜態(tài)的成員函數(shù)。l在類的聲明中，在函數(shù)原型之前寫在類的聲明中，在函數(shù)原型之前寫virtual。lvirtual 只用來說明類聲明中的原型，不能用在只用來說明類聲明中的原型，不能用在函數(shù)實現(xiàn)時。函數(shù)實現(xiàn)時。l具有繼承性，基類中聲明了虛函數(shù)，派生類中具有繼承性，基類中聲明了虛函數(shù)，派生類中無論是否說明，同原型函數(shù)都自動為虛函數(shù)。無論是否說明，同原型函數(shù)都自動為虛函數(shù)。l本質(zhì)：不是重載聲明而是覆蓋。本質(zhì)：不是重載聲明而是覆蓋。l調(diào)用方式：通過基類指針或引用，執(zhí)行時會調(diào)用方式：通過基類指針或引用，執(zhí)行時會根據(jù)根據(jù)指針指向的對象的類指針指向的對象的類，決定調(diào)用哪個函數(shù)。，決定調(diào)用哪個函數(shù)。虛

23、 函 數(shù)C+語言程序設(shè)計清華大學 鄭莉36例例 8-4#include using namespace std;class B0/基類基類B0聲明聲明public:/外部接口外部接口virtual void display() /虛成員函數(shù)虛成員函數(shù) coutB0:display()endl; ;class B1: public B0/公有派生公有派生 public: void display() coutB1:display()endl; ;class D1: public B1/公有派生公有派生 public: void display() coutD1:display()display(

24、); int main()/主函數(shù)主函數(shù) B0 b0, *p;/聲明基類對象和指針聲明基類對象和指針B1 b1;/聲明派生類對象聲明派生類對象D1 d1;/聲明派生類對象聲明派生類對象p=&b0;fun(p);/調(diào)用基類調(diào)用基類B0函數(shù)成員函數(shù)成員p=&b1;fun(p);/調(diào)用派生類調(diào)用派生類B1函數(shù)成員函數(shù)成員p=&d1;fun(p);/調(diào)用派生類調(diào)用派生類D1函數(shù)成員函數(shù)成員運行結(jié)果：運行結(jié)果：B0:display()B1:display()D1:display()37C+語言程序設(shè)計清華大學 鄭莉38虛析構(gòu)函數(shù)虛析構(gòu)函數(shù)何時需要虛析構(gòu)函數(shù)？何時需要虛析構(gòu)函數(shù)？l當你可能通過基類指針刪除派生類對當你可能通過基類指針刪除派生類對象時象時l如果你打算允許其他人通過基類指針如果你打算允許其他人通過基類指針調(diào)用對象的析構(gòu)函數(shù)（通過調(diào)用對象的析構(gòu)函數(shù)（通過delete這這樣做是正常的），并且被析構(gòu)的對象樣做是正常的），并且被析構(gòu)的對象是有重要的析構(gòu)函數(shù)的派生類的對象，是有重要的析構(gòu)函數(shù)的派生類的對象，就需要讓基類的析構(gòu)函數(shù)成為虛擬的。就需要讓基類的析構(gòu)函數(shù)成為虛擬的。虛 函 數(shù)C+語言程序設(shè)計清華大學 鄭莉39抽象類抽象類帶有純虛函數(shù)的類稱為抽象類帶有純虛函數(shù)的類稱為抽象類:class 類