多態(tài)性和虛函數(shù)應用與討論課件

1、第十一章 多態(tài)性和虛函數(shù)（2）應用與討論面向?qū)ο蟪绦蛟O計(C+)11.8 構(gòu)造抽象接口多態(tài)性的優(yōu)點之一11.8.1 問題描述 傳達員：下午在會議室開會！項目規(guī)劃公司發(fā)展策略11.8.2 靜態(tài)綁定下的實現(xiàn) 傳達員只負責通知某時某地開會，至于開什么會，怎么開，他才不管呢。 然而實現(xiàn)時，程序員必須分清楚通知的對象是誰？然后決定應該調(diào)用那一個對象的“開會函數(shù)”。switch(emp_type) case “CTO”: (CTO_manager *)emp)- meeting(); break; case “Chair”: (Chair_manager *)emp)-meeting(); break;

2、default: ERROR();11.8.3 動態(tài)綁定下的實現(xiàn)項目規(guī)劃公司發(fā)展策略傳達員：下午在會議室開會！11.8.3 動態(tài)綁定下的實現(xiàn)(續(xù))CTO cto;Manager * pman ;pman = &cto; / 把所有的派生類對象當成基類處理pman - meeting() ； / 通過抽象接口實現(xiàn) 11.9 提高模塊的獨立性多態(tài)性的優(yōu)點之二：可擴展性好11.9.1 靜態(tài)綁定下的擴充討論: 當需求發(fā)生變化時, 如何修改代碼？ 設置line的type時必須問一下：“嘿， 我可以設成L么？ 修改enum shape_type = P,C,Y,L; 定義Line類； 修改函數(shù) draw_

3、all(),由于switch邏輯的存在，因此代碼的修改量是呈組合數(shù)量級增長的。因此，可擴展性很不好！11.9.2 動態(tài)綁定下的擴充 現(xiàn)在要增加類Line,只需要：從基類Shape中派生出Line類；無需設置類型域，無需改變其它任何的代碼！class Line : public Shape public: Line( Point s,Point e ):start(s),end(e); void setLine( int, int, int , int ); int getX1() const return x1; int getY1() const return y1; int getX2()

4、 const return x2; int getY2() const return y2; virtual void printShapeName() const cout “Line: ; virtual void draw();protected: Point start, end; ;增加line類修改main()函數(shù) (沒有任何變化)int main() Point point1( 7, 11 ); / create a Point Circle circle1( 3.5, 22, 8 ); / create a Circle Cylinder cylinder1( 10, 3.3,

5、 10, 10 ); / create a Cylinder Circle circle2(2.5,10,15); /create a Circle Shape *arrayOfShapes 5 ; / array of base-class pointers arrayOfShapes 0 = &point1; arrayOfShapes 1 = &circle1; arrayOfShapes 2 = &cylinder1; arrayOfShapes 3 = &cycle2; for(int i=0; idraw(); / 動態(tài)關(guān)聯(lián) 也就是說，假如只是增加類 Line，而沒有創(chuàng)建該類的對象

6、，程序不需要做任何其它修改！增加Line對象后的main()函數(shù)(有細微的變化)int main() Point point1( 7, 11 ); / create a Point Circle circle1( 3.5, 22, 8 ); / create a Circle Cylinder cylinder1( 10, 3.3, 10, 10 ); / create a Cylinder Circle circle2(2.5,10,15); /create a Circle Line line(7,10,20,25); Shape *arrayOfShapes 5 ; / array of

7、 base-class pointers arrayOfShapes 0 = &point1; arrayOfShapes 1 = &circle1; arrayOfShapes 2 = &cylinder1; arrayOfShapes 3 = &cycle2; arrayOfShaoes 4 = &line; for(int i=0; idraw(); / 動態(tài)關(guān)聯(lián) 即使需要創(chuàng)建類Line的對象，這種更改也是很容易實現(xiàn)的！習題 （30分鐘內(nèi)完成）信息學院教學辦隨機抽取100名學院的學生到中國科學院實習，他們來自不同的系：CS、Auto、和EE;但教學辦并不知道他們應該到那個所實習。事實上，

8、計算機系的學生知道自己應該到軟件所實習，自動化系到自動化所，電子工程系到電子所。假設每個學生在實習時首先要進行自我介紹。請編程模擬上述過程。 具體要求為：1. 設計學生類，信息包含姓名（8字節(jié)字符）、學號（8字節(jié)字符）、自我介紹（動態(tài)申請內(nèi)存空間）；學生的學號在對象生成時由程序統(tǒng)一設定，要求學號不重復； 2. 可以以下列方式產(chǎn)生學生對象： Cstudent stu1(“Mike”); / 僅設定姓名； Cstudent stu2(“Rick”, “I am rick , from USTC” ); / 僅設定姓名和自我介紹。 Cstudent stu3(stu2); / 從一個對象初始化另一個

9、對象，表示的是兩個學生同 / 名，自我介紹內(nèi)容也相同。3. 允許兩個學生對象之間的賦值操作。如：stu1=stu2; 僅表示用stu2的自我介紹 內(nèi)容設置stu1的自我介紹；4. 成員函數(shù)setmessage(char * )設置自我介紹內(nèi)容； getmessage()獲取自我介 紹內(nèi)容；pratice()表示實習過程。11.10 防止組合爆炸 當存在多個類型相互組合的情況時，靜態(tài)綁定下的switch邏輯將會出現(xiàn)“組合爆炸”。 而動態(tài)綁定下的代碼擴充量則是“線性的”。11.10.1 引言：表達式求值+-5*124-5 + 12 * 4 可用表達式樹來表示： 則表達式的值可按二叉樹的后序遍歷進行

10、計算，即先計算左子樹的值和右子樹的值，然后再計算結(jié)點的值。類的層次圖結(jié)點類整形常量類負號運算符類雙目運算符類加運算符類乘運算符類11.10.2 討論：靜態(tài)綁定的表達式求值求某個結(jié)點的值時,由于向上類型轉(zhuǎn)換,結(jié)點的類型都變成Node *,因此,必須依賴switch邏輯判斷左子樹和右子樹結(jié)點的類型，才能正確地綁定到左右子結(jié)點的求值函數(shù)，最后得到根結(jié)點的值。 class Plus: public Binop / 加運算符類public: Plus(Node *l, Node * r) :Binop(l,r) int eval() switch ( left-type) case P : switch

11、(right - type) case P: return(Plus*)left-eval()+(Plus*)right-eval(); break; case M: return(Plus*)left-eval()+(Minus*)right-eval(); break; ; ; case M ： ; case U ： ; ；共需要判斷 n*n中情況11.10.3 動態(tài)綁定的表達式求值 動態(tài)綁定能消除switch邏輯，因此，求任意類型的結(jié)點N的值，可通過：1.向上類型轉(zhuǎn)換：Node * np = N;2.動態(tài)綁定： np -eval() = (np-left)-eval() * (np-ri

12、ght)-eval();注：為簡單起見，架設表達式中僅可能出現(xiàn)-(負號)、+(加運算)、*(乘運算)三種運算符、以及整形常量運算數(shù)。1. 設計結(jié)點的類層次結(jié)點類整形常量類負號運算符類雙目運算符類加運算符類乘運算符類2. 實現(xiàn)各個結(jié)點類及主函數(shù)class Node / 基類，結(jié)點類 public: Node(); virtual Node() ; virtual int eval() error(); return 0; / 計算結(jié)點的值 ;派生類定義：class Binop:public Node /雙目運算符public: Node * left, * right ; Binop() del

13、ete left; delete right ; Binop(Node *l, Node *r) left =l; /左結(jié)點 right = r; /右結(jié)點 ；class Plus: public Binop / 加運算符類public: Plus(Node *l, Node * r) :Binop(l,r) int eval() return left- eval() + right - eval() ; ；派生類定義(續(xù))：class Times:public Binop / 乘運算符類public: Times(Node *l, Node *r ) : Binop (l,r) int e

14、val() return left- eval() * right - eval() ; ；class Uminus:public Node / 負號運算符類 Node * operand ;public: Uminus(Node * op) operand = op ; Uminus() delete operand ; int eval() return operand - eval() ; ;主函數(shù)定義(續(xù))：class Int : public Node int value; public: int(int v) value = v; int eval() return value;

15、;int main() Node * np = new Plus ( new Uminus(new Int(5) , new Times (new int(12) ,new Int(4) );int result = np - eval () ;delete np; cout eval() - right - eval() ; ；class Divide:public Binop / 除運算符類public: Divide(Node *l, Node *r ) : Binop (l,r) int eval() return left- eval() / right - eval() ; 1。模

16、塊獨立性強； 2。代碼的增加是線性的。11.10.4 討論：交互式表達式計算需要編譯器的lex和yacc支持：根據(jù)用戶輸入的表達式動態(tài)產(chǎn)生表達式樹。具體實現(xiàn)（略）：參見編譯原理詞法分析和語法分析相關(guān)章節(jié)。11.10.5 討論：如何支持混合運算假設結(jié)點中可能有復數(shù)，并且允許復數(shù)和整數(shù)的混合運算，該如何處理？ 例如：np1+np2有四種可能： 1）：復數(shù) + 復數(shù) 2）：整數(shù) + 復數(shù) 3）：復數(shù) + 整數(shù) 4）：整數(shù) + 整數(shù) 11.11 虛運算符重載函數(shù)注 多重指派技術(shù)：虛函數(shù)與運算符重載函數(shù)的完美結(jié)合！注：參見15.12節(jié)11.11.1 問題：混合運算矩陣、向量和標量混合*(乘)運算： M1

17、 * M2 ; 其中M1和M2是兩個基類指針思路一：虛函數(shù)分析：虛函數(shù)的本質(zhì)是能夠動態(tài)確定一個對象的類型，而由于 m1*m2m1.operator*(m2)中存在兩個未確定的類型。因此，試圖依賴一次虛函數(shù)調(diào)用無法同時動態(tài)確定m1和m2的類型； 思路二：重載“+”分析：由于重載函數(shù)是必須依賴參數(shù)來決定確定具體調(diào)用的版本。而 m1*m2( m1.operator*(m2)中，m1可以通過虛函數(shù)動態(tài)綁定，但m2的類型尚未確定。因此單純依賴重載函數(shù)不能解決。思路三：兩者結(jié)合（多重指派技術(shù)）(不妨設為 Matrix * Vector)2. 定義重載函數(shù)： virtual multiply(Matrix

18、*) 計算M*V ; virtual multiply(Vector *) 計算V*V ; virtual multiply(Scalar *) 計算S*V;1. 定義virtual operator *； 通過調(diào)用m1.operator*(m2)動態(tài)綁定m1到Matrix*。3. 在m1.operator*(m2)中調(diào)用m2.multiply(m1) m2.multiply(Matrix *)；該函數(shù)將動態(tài)綁定到Vector的mutiply(Matrix *)；11.11.2 多重指派：程序的實現(xiàn)(demo)class Matrix; / 矩陣類class Scalar; / 標量類clas

19、s Vector; / 矢量類class Math / 基類 Mathpublic: / 一次指派，確定m1的類型 virtual Math& operator*(Math& rv) = 0; / 二次指派，確定m2的類型 virtual Math& multiply(Matrix*) = 0; virtual Math& multiply(Scalar*) = 0; virtual Math& multiply(Vector*) = 0; virtual Math() ;class Matrix : public Math public: / 一次指派 Math& operator*(Mat

20、h& rv) return rv.multiply(this); / 二次指派 Math& multiply(Matrix*) cout “Matrix * Matrix” endl; return *this; Math& multiply(Scalar*) cout Scalar * Matrix endl; return *this; Math& multiply(Vector*) cout Vector * Matrix endl; return *this; ;class Scalar : public Math public: / 一次指派 Math& operator*(Math& rv) return rv.multiply(this); / 二次指派 Math& multiply(Matrix*) cout Matrix * Scalar endl; return *this; Math& multiply(Scalar*) cout Scalar * Scalar endl; return *this; Math& multiply(Vector*) cout Vector * Scalar endl; return *this; ;class Vector : public Math public: /