virtual函數(shù)與多態(tài)

1、C+程序設計實例教程程序設計實例教程第第8章章 virtual函數(shù)與多態(tài)函數(shù)與多態(tài) 多態(tài)性是面向?qū)ο缶幊倘筇匦灾唬鄳B(tài)性是指對不同類的對象的相似問題采用“統(tǒng)一接口，不同做法”的處理方式。 本章介紹繼承結(jié)構(gòu)中基于virtaul函數(shù)的動態(tài)多態(tài)。其中包括virtaul函數(shù)、virtaul函數(shù)覆蓋、純virtaul函數(shù)以及virtaul析構(gòu)函數(shù)的使用方法。 本章的最后對于多繼承結(jié)構(gòu)中的virtual繼承做了簡單的介紹。C+程序設計實例教程程序設計實例教程知識體系知識體系 本章要點：本章要點：8.1多態(tài)概述多態(tài)概述 8.2virtual函數(shù)與函數(shù)與virtual函數(shù)表函數(shù)表 8.3virtual函數(shù)

2、的覆蓋與多態(tài)函數(shù)的覆蓋與多態(tài) 8.4區(qū)分隱藏與區(qū)分隱藏與virtual函數(shù)覆蓋函數(shù)覆蓋 8.5不能動態(tài)綁定函數(shù)參數(shù)的默認值不能動態(tài)綁定函數(shù)參數(shù)的默認值 8.6程序?qū)嵗绦驅(qū)嵗蛦T管理雇員管理 8.7純純virtual函數(shù)與抽象類函數(shù)與抽象類 8.8virtual析構(gòu)函數(shù)析構(gòu)函數(shù) C+程序設計實例教程程序設計實例教程知識體系知識體系:8.9程序?qū)嵗绦驅(qū)嵗媹D程序畫圖程序 8.10RTTI 8.11多繼承結(jié)構(gòu)中使用多繼承結(jié)構(gòu)中使用virtual析構(gòu)函數(shù)析構(gòu)函數(shù) 8.12virtual繼承和繼承和virtual基類基類 C+程序設計實例教程程序設計實例教程8.1 多態(tài)概述多態(tài)概述 多態(tài)一詞是指不同

3、的對象收到相同的消息，產(chǎn)生不同的動作。 把函數(shù)調(diào)用和具體的函數(shù)執(zhí)行代碼連接在一起的過程稱為聯(lián)編。多態(tài)從聯(lián)編的實現(xiàn)角度分為：靜態(tài)多態(tài)和動態(tài)多態(tài)。本章介紹的動態(tài)多態(tài)就是使用指向派生類對象的基類指針（或基類引用），在調(diào)用基類和派生類同時具有的同名函數(shù)時，能夠調(diào)用派生類版本的函數(shù)。C+語言為實現(xiàn)這種動態(tài)多態(tài)，為用戶提供virtual函數(shù)機制，編譯器的內(nèi)部采用動態(tài)聯(lián)編來完成運行時的函數(shù)調(diào)用與函數(shù)體的綁定。 C+程序設計實例教程程序設計實例教程8.2 virtual函數(shù)與函數(shù)與virtual函數(shù)表函數(shù)表 當自定義類型中存在virtual函數(shù)或其基類中存在virtaul函數(shù)時，系統(tǒng)將為該類維護一張virtu

4、al函數(shù)表，這里可以使用的virtaul函數(shù)包括該類中聲明的virtaul函數(shù)，也包括該類的基類中聲明的非private屬性的virtual函數(shù)。例如： class A public: virtual void f1(); virtual void f2(int);class B:public A;class C:public Bpublic: virtual int f3();C+程序設計實例教程程序設計實例教程 上述自定義了類型A、B和C都有各自virtual函數(shù)表，見表8.18.3。當存在virtual函數(shù)表時，該類型的對象需要多占用4個字節(jié)的空間 以便為未來動態(tài)聯(lián)編做準備。程序8.1驗

5、證了這一點。C+程序設計實例教程程序設計實例教程1 /8.1 指向指向virtual函數(shù)表的指針函數(shù)表的指針5 class A 6 public: 8 int x; 9 virtual void f1()10 11 virtual void f2(int)12 13 ;14 class B:public A15 int y;17 ;18 class C:public B19 int z;21 public:22 virtual int f3()23 return 0;25 26 ;28 int main()29 30 A a;C+程序設計實例教程程序設計實例教程31 B b; C c;33 c

6、outsizeof(a)=sizeof(a)endl;34 coutsizeof(b)=sizeof(b)endl;35 coutsizeof(c)=sizeof(c)endl;36 cout-endl;38 cout&a=&aendl;39 cout&a.x=&a.xendl;40 cout&b=&bendl;41 cout&b.x=&b.xendl;42 cout&c=&cendl;43 cout&c.x=&c.xendl;44 cout-endl;46 A a1; B b1; C c1;49 coutA類型類型virtual函數(shù)表的地址：函數(shù)表的地址：*(void *)&a)endl;5

7、0 coutA類型類型virtual函數(shù)表的地址：函數(shù)表的地址：*(void *)&a1)endl;51 coutB類型類型virtual函數(shù)表的地址：函數(shù)表的地址：*(void *)&b)endl;52 coutB類型類型virtual函數(shù)表的地址：函數(shù)表的地址：*(void *)&b1)endl;53 coutC類型類型virtual函數(shù)表的地址：函數(shù)表的地址：*(void *)&c)endl;54 coutC類型類型virtual函數(shù)表的地址：函數(shù)表的地址：*(void *)&c1)endl;55 cout-endl;57 return 0;58 顯示結(jié)果：顯示結(jié)果：sizeof(a)=

8、8sizeof(b)=12sizeof(c)=16-&a=0012FF78&a.x=0012FF7C&b=0012FF6C&b.x=0012FF70&c=0012FF5C&c.x=0012FF60-A類型類型virtual函數(shù)表的地址：函數(shù)表的地址：0046C0D8A類型類型virtual函數(shù)表的地址：函數(shù)表的地址：0046C0D8B類型類型virtual函數(shù)表的地址：函數(shù)表的地址：0046C0E4B類型類型virtual函數(shù)表的地址：函數(shù)表的地址：0046C0E4C類型類型virtual函數(shù)表的地址：函數(shù)表的地址：0046C0F0C類型類型virtual函數(shù)表的地址：函數(shù)表的地址：0046C

9、0F0-C+程序設計實例教程程序設計實例教程8.3 virtual函數(shù)的覆蓋與多態(tài)函數(shù)的覆蓋與多態(tài) 要想在繼承結(jié)構(gòu)中做到指向派生類的基類指針或引用能夠調(diào)用派生類函數(shù)，僅僅在基類中將成員函數(shù)聲明為virtual函數(shù)是不夠的，還需要在派生類中“覆蓋”基類的virtual函數(shù)，這里的“覆蓋”是指virtual函數(shù)表的覆蓋。當派生類的virtual函數(shù)的函數(shù)原型與其基類virtual函數(shù)的函數(shù)原型完全相同時，在派生類的virtual函數(shù)表中系統(tǒng)將使用派生類virtual函數(shù)覆蓋其基類virtual函數(shù)。 例如： C+程序設計實例教程程序設計實例教程class Apublic: virtual void

10、 f1(); virtual void f2(int);class B:public Apublic: virtual void f1(); void f2(int);class C:public Bpublic: virtual void f1(); virtual int f3(); ;C+程序設計實例教程程序設計實例教程 上例中類型A、B和C的virtual函數(shù)表參見表8.48.6。 程序8.2演示了virtual函數(shù)的覆蓋和動態(tài)多態(tài)的使用。C+程序設計實例教程程序設計實例教程1 /8.2 virtual函數(shù)的覆蓋與多態(tài)函數(shù)的覆蓋與多態(tài) 2 #include 3 using std:co

11、ut; 4 using std:endl; 5 class A 6 7 public: 8 virtual void f1() 9 10 coutvoid A:f1()被執(zhí)行被執(zhí)行endl;11 12 virtual void f2(int)13 14 coutvoid A:f2(int)被執(zhí)行被執(zhí)行endl;15 16 ;17 class B:public A18 19 public:20 virtual void f1()21 22 coutvoid B:f1()被執(zhí)行被執(zhí)行endl;23 C+程序設計實例教程程序設計實例教程24 void f2(int)25 26 coutvoid B:

12、f2(int)被執(zhí)行被執(zhí)行endl;27 28 ;29 class C:public B30 31 public:32 virtual void f1()33 34 coutvoid C:f1()被執(zhí)行被執(zhí)行endl;35 36 virtual int f3()37 38 coutint C:f3()被執(zhí)行被執(zhí)行endl;39 return 0;40 41 ;42 43 int main()44 45 A* p3;46 p0=new A;C+程序設計實例教程程序設計實例教程47 p1=new B;48 p2=new C;49 50 for(int i=0;if1();53 pi-f2(0);5

13、4 55 cout-f3();編譯錯誤編譯錯誤58 (C*)p2)-f3();59 cout-A:f1();62 p2-A:f1();63 /p2-B:f1();編譯錯誤編譯錯誤64 cout-endl;65 66 for( i=0;i3;+i)67 delete pi;68 return 0;69 顯示結(jié)果：顯示結(jié)果：void A:f1()被執(zhí)行被執(zhí)行void A:f2(int)被執(zhí)行被執(zhí)行void B:f1()被執(zhí)行被執(zhí)行void B:f2(int)被執(zhí)行被執(zhí)行void C:f1()被執(zhí)行被執(zhí)行void B:f2(int)被執(zhí)行被執(zhí)行-int C:f3()被執(zhí)行被執(zhí)行-void A:f1(

14、)被執(zhí)行被執(zhí)行void A:f1()被執(zhí)行被執(zhí)行-C+程序設計實例教程程序設計實例教程8.4 區(qū)分隱藏與區(qū)分隱藏與virtual函數(shù)覆蓋函數(shù)覆蓋 當成員函數(shù)為非virtual函數(shù)時，派生類和基類的同名成員函數(shù)一定是“隱藏”關(guān)系；當成員函數(shù)為virtual函數(shù)時，派生類和基類的同名成員函數(shù)可能是“隱藏”關(guān)系也可能是“覆蓋”關(guān)系。當派生類和其基類中virtual函數(shù)的原型的返回值類型不同時，屬于編譯錯誤；參數(shù)列表不同，或是一個為const成員函數(shù)，另一個為非const成員函數(shù)時，屬于“隱藏”關(guān)系。 程序8.3驗證這一點。 C+程序設計實例教程程序設計實例教程5 class A 6 public:

15、8 virtual void f1() 9 coutvoid A:f1()被執(zhí)行被執(zhí)行endl;11 12 virtual void f2()13 coutvoid A:f2()被執(zhí)行被執(zhí)行endl;15 16 void f3()17 coutvoid A:f3()被執(zhí)行被執(zhí)行endl;19 20 virtual void f4()const21 coutvoid A:f4()被執(zhí)行被執(zhí)行endl;23 24 virtual void f5()25 coutvoid A:f5()被執(zhí)行被執(zhí)行endl;27 28 virtual void f6(int)29 coutvoid A:f6(int)

16、被執(zhí)行被執(zhí)行endl;31 32 virtual void f7(int=0)C+程序設計實例教程程序設計實例教程33 coutvoid A:f7(int)被執(zhí)行被執(zhí)行endl;35 36 virtual void f8()37 coutvoid A:f8()被執(zhí)行被執(zhí)行endl;39 ;41 class B:public A42 public:44 virtual void f1()45 coutvoid B:f1()被執(zhí)行被執(zhí)行endl;47 48 void f2()49 coutvoid B:f2()被執(zhí)行被執(zhí)行endl;51 52 virtual void f3()53 coutvoi

17、d B:f3()被執(zhí)行被執(zhí)行endl;55 56 virtual void f4()57 coutvoid B:f4()被執(zhí)行被執(zhí)行endl;59 60 virtual void f5()const61 coutvoid B:f5()被執(zhí)行被執(zhí)行endl; 顯示結(jié)果：顯示結(jié)果：類類A的構(gòu)造函數(shù)被調(diào)用的構(gòu)造函數(shù)被調(diào)用類類B的的1個參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)被調(diào)用個參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)被調(diào)用b1.x=0,b1.y=1類類B的析構(gòu)函數(shù)被調(diào)用的析構(gòu)函數(shù)被調(diào)用類類A的析構(gòu)函數(shù)被調(diào)用的析構(gòu)函數(shù)被調(diào)用-類類A的構(gòu)造函數(shù)被調(diào)用的構(gòu)造函數(shù)被調(diào)用類類B的的2個參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)被調(diào)用個參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)被調(diào)用b2.x=10,b2.y=20

18、類類B的析構(gòu)函數(shù)被調(diào)用的析構(gòu)函數(shù)被調(diào)用類類A的析構(gòu)函數(shù)被調(diào)用的析構(gòu)函數(shù)被調(diào)用-C+程序設計實例教程程序設計實例教程64 virtual void f6(char)65 coutvoid B:f6(char)被執(zhí)行被執(zhí)行endl;67 68 virtual void f7()69 coutvoid B:f7()被執(zhí)行被執(zhí)行endl;71 72 /*編譯錯誤編譯錯誤73 virtual int f8()74 coutvoid B:f8()被執(zhí)行被執(zhí)行f1();85 p-f2();86 p-f3();87 p-f4();88 p-f5();89 p-f6(A);90 p-f7();91 p-f8()

19、;92 delete p;93 return 0;94 顯示結(jié)果：顯示結(jié)果：void B:f1()被執(zhí)行被執(zhí)行void B:f2()被執(zhí)行被執(zhí)行void A:f3()被執(zhí)行被執(zhí)行void A:f4()被執(zhí)行被執(zhí)行void A:f5()被執(zhí)行被執(zhí)行void A:f6(int)被執(zhí)行被執(zhí)行void A:f7(int)被執(zhí)行被執(zhí)行void A:f8()被執(zhí)行被執(zhí)行 C+程序設計實例教程程序設計實例教程8.5 不能動態(tài)綁定函數(shù)參數(shù)的默認值不能動態(tài)綁定函數(shù)參數(shù)的默認值 當派生類的virtual函數(shù)覆蓋其基類的virtual函數(shù)，并且這兩個函數(shù)的參數(shù)均有默認值時，雖然系統(tǒng)將動態(tài)綁定函數(shù)體，但是參數(shù)的默認值

20、仍然靜態(tài)綁定。也就是說，當“覆蓋”發(fā)生時，指向派生類的基類指針或引用調(diào)用派生類版本的函數(shù)，但是如果函數(shù)參數(shù)取默認值調(diào)用時，參數(shù)值取基類版本中的默認值。 程序8.4驗證這一點。C+程序設計實例教程程序設計實例教程5 class A 6 public: 8 virtual void f(int n=0) const 9 coutn=nendl;11 coutvoid A:f(int n=0)被執(zhí)行被執(zhí)行endl;12 14 ;15 class B:public A16 17 public:18 virtual void f(int n=10) const19 coutn=nendl;21 cout

21、void B:f(int n=10)被執(zhí)行被執(zhí)行f();29 delete p;30 return 0;31 顯示結(jié)果：顯示結(jié)果：n=0void B:f(int n=10)被執(zhí)行被執(zhí)行C+程序設計實例教程程序設計實例教程8.7 純純virtual函數(shù)與抽象類函數(shù)與抽象類 為了在繼承結(jié)構(gòu)中使用動態(tài)多態(tài)，我們需要在基類中聲明virtual函數(shù)，并在派生類中覆蓋它們。有時，基類的virtual函數(shù)存在的目的就是為了被派生類的同名virtual函數(shù)覆蓋，而自己本身沒有特別要實現(xiàn)的功能，同時，這種基類存在的目的僅僅為了派生其它類型，而本身不需要實例化。 程序8.6演示純virtual函數(shù)的聲明方法，并驗

22、證抽象類不能實例化。C+程序設計實例教程程序設計實例教程1 /8.6 純純virtual函數(shù)與抽象類函數(shù)與抽象類 2 #include 3 using std:cout; 4 using std:endl; 5 6 class A 7 8 public: 9 virtual void f()const =0;/純純virtual函數(shù)函數(shù)10 ;11 12 class B1:public A13 14 virtual void f()15 16 coutB1:f()被執(zhí)行被執(zhí)行endl;17 18 ;19 20 class B2:public AC+程序設計實例教程程序設計實例教程21 22 p

23、ublic:23 virtual void f()const24 25 coutB2:f()被執(zhí)行被執(zhí)行f();38 delete p;39 return 0;40 顯示結(jié)果：顯示結(jié)果：B2:f()被執(zhí)行被執(zhí)行C+程序設計實例教程程序設計實例教程8.8 virtual析構(gòu)函數(shù) 在派生類存在析構(gòu)函數(shù)，并且在派生類對象釋放時必須調(diào)用的情況下，我們需要將基類的析構(gòu)函數(shù)設為virtual析構(gòu)函數(shù)。 virtual析構(gòu)函數(shù)的設置方法很簡單，只需要在析構(gòu)函數(shù)的聲明前加入關(guān)鍵字virtual即可，基類的析構(gòu)函數(shù)為virtual函數(shù)后，派生類的析構(gòu)函數(shù)自動成為virtual析構(gòu)函數(shù)，并且覆蓋基類的析構(gòu)函數(shù)。

24、程序8.7演示了virtual析構(gòu)函數(shù)的使用方法。C+程序設計實例教程程序設計實例教程1 /8.7 virtual析構(gòu)函數(shù)析構(gòu)函數(shù)6 class A1 7 8 public: 9 A1()10 11 coutA1()被執(zhí)行被執(zhí)行endl;12 13 ;15 class B1:public A116 17 B1()18 19 coutB1()被執(zhí)行被執(zhí)行endl;20 21 ;23 class A224 25 public:C+程序設計實例教程程序設計實例教程26 virtual A2()27 coutA2()被執(zhí)行被執(zhí)行endl;29 30 ;32 class B2:public A233 3

25、4 B2()35 coutB2()被執(zhí)行被執(zhí)行endl;37 38 ;40 int main()41 A1 *p1=new B1;43 delete p1;44 cout-endl;46 A2 *p2=new B2;47 delete p2;48 cout-endl;49 return 0;50 顯示結(jié)果：顯示結(jié)果：A1()被執(zhí)行被執(zhí)行-B2()被執(zhí)行被執(zhí)行A2()被執(zhí)行被執(zhí)行-C+程序設計實例教程程序設計實例教程8.9 程序?qū)嵗绦驅(qū)嵗媹D程序畫圖程序 畫圖程序是講解動態(tài)多態(tài)的經(jīng)典程序，本節(jié)的程序8.8中給出簡單的畫圖程序，該程序中將實現(xiàn)“圖形”基類Shape（抽象類），并且派生了“點”類P

26、oint、“直線”類Line和“圓”類Circle等3個具體類（與抽象類相反，能夠?qū)嵗念悾?本例中使用動態(tài)多態(tài)的方法處理各種“圖形”的“畫”方法，并結(jié)合純virtual函數(shù)和virtual析構(gòu)函數(shù)的知識。同時，由于本例的重點是繼承結(jié)構(gòu)中動態(tài)多態(tài)的實現(xiàn)方法，而不是真的要在輸出設備上畫圖，因此，本例中的“畫”方法僅僅是使用文字進行輸出，而沒有調(diào)用C+中關(guān)于圖形顯示的函數(shù)。C+程序設計實例教程程序設計實例教程8.10 RTTI 在繼承結(jié)構(gòu)中使用動態(tài)多態(tài)，我們總是使用基類指針指向派生類對象，這樣可以以相同的方式處理不同派生類對象的類似問題。 但是，畢竟使用動態(tài)多態(tài)的繼承結(jié)構(gòu)中，基類指針指向的是不同類型的派生類對象，很有可能某個類的派生類對象存在特殊的問題需要處理 。 解決上述問題需要使用C+語言提供的RTTI機制，RTTI是指運行時的類型信息，即在運行時動態(tài)判斷基類指針（或引用）到底指向的是哪一種派生類對象，以便做出正確的處理方法。 C+程序設計實例教程程序設計實例教程8.11 多繼承結(jié)構(gòu)中使用virtual析構(gòu)函數(shù) 一個派生類同時擁有多個直接基類的情況稱為多繼承。在多繼承的結(jié)構(gòu)中，只要派生類諸多基類中的某一個存在必須被調(diào)用的析構(gòu)函數(shù)，這些基類的析構(gòu)函數(shù)都應該設為virtual析構(gòu)函數(shù)。因為，在多繼承的結(jié)構(gòu)中，我們可能使用任意的基類指針指向派生類對象，在將該指針作為dele