C++備課講義第14章

第14章虛函數(shù)1虛函數(shù)多態(tài)性：調(diào)用同一個(gè)函數(shù)名，可以根據(jù)需要但實(shí)現(xiàn)不同的功能。多態(tài)性是面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)。編譯時(shí)的多態(tài)性（函數(shù)重載）運(yùn)行時(shí)的多態(tài)性（虛函數(shù)）多態(tài)性運(yùn)行時(shí)的多態(tài)性是指在程序執(zhí)行之前，根據(jù)函數(shù)名和參數(shù)無(wú)法確定應(yīng)該調(diào)用哪一個(gè)函數(shù)，必須在程序的執(zhí)行過(guò)程中，根據(jù)具體的執(zhí)行情況來(lái)動(dòng)態(tài)地確定2可以將一個(gè)派生類(lèi)對(duì)象的地址賦給基類(lèi)的指針變量?；?lèi)對(duì)象派生類(lèi)對(duì)象Baseb;Derived;Base*basep;basepbasep=&b;basepbasep=&d;basep只能引用從基類(lèi)繼承來(lái)的成員。xShow()xShow()yShow()basep->Show();basep->Show()基類(lèi)指針派生類(lèi)對(duì)象基類(lèi)對(duì)象3classPoint{ floatx,y;public: Point(){} Point(floati,floatj){ x=i; y=j; }

floatarea(void) { return0.0; }};constfloatPi=3.14159;classCircle:publicPoint{ //類(lèi)Point的派生類(lèi) floatradius;public: Circle(floatr){ radius=r; }

floatarea(void) {returnPi*radius*radius; }};voidmain(void){Point*pp; //基類(lèi)指針，可以將派生類(lèi)對(duì)象的地址賦給基類(lèi)指針Circlec(5.4321);pp=&c;cout<<pp->area()<<endl; //調(diào)用的是基類(lèi)中有的公有函數(shù)}在基類(lèi)和派生類(lèi)中具有相同的公有函數(shù)area()。在這種情況下，使用基類(lèi)的指針時(shí)，只能訪問(wèn)從相應(yīng)基類(lèi)中繼承來(lái)的成員，而不允許訪問(wèn)在派生類(lèi)中增加的成員。輸出為04基類(lèi)對(duì)象派生類(lèi)對(duì)象Baseb;Derived;basepbasepxShow()xShow()yShow()basep->Show()Base*basep;basep=&b;basep=&d;basep->Show();即指向派生類(lèi)新增的成員函數(shù)需要將基類(lèi)中的Show()說(shuō)明為虛函數(shù)5若要訪問(wèn)派生類(lèi)中相同名字的函數(shù)，必須將基類(lèi)中的同名函數(shù)定義為虛函數(shù)，這樣，將不同的派生類(lèi)對(duì)象的地址賦給基類(lèi)的指針變量后，就可以動(dòng)態(tài)地根據(jù)這種賦值語(yǔ)句調(diào)用不同類(lèi)中的函數(shù)。6classPoint{floatx,y;public: Point(){} Point(floati,floatj){ x=i; y=j; }

virtual

floatarea(void) {return0.0;}};constfloatPi=3.14159;classCircle:publicPoint{ //類(lèi)Point的派生類(lèi) floatradius;public: Circle(floatr){ radius=r; }

floatarea(void) {returnPi*radius*radius;}};voidmain(void){Point*pp; //基類(lèi)指針，可以將派生類(lèi)對(duì)象的地址賦給基類(lèi)指針Circlec(5.4321);pp=&c;cout<<pp->area()<<endl;//調(diào)用虛函數(shù)}將area()聲明為虛函數(shù)，編譯器對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)聚束，按照實(shí)際對(duì)象c調(diào)用了Circle中的函數(shù)area()。使Point類(lèi)中的area()與Circle類(lèi)中的area()有一個(gè)統(tǒng)一的接口。輸出：92.7011聲明為虛函數(shù)調(diào)用虛函數(shù)虛函數(shù)再定義7虛函數(shù)的定義和使用

可以在程序運(yùn)行時(shí)通過(guò)調(diào)用相同的函數(shù)名而實(shí)現(xiàn)不同功能的函數(shù)稱(chēng)為虛函數(shù)。定義格式為：virtual<type>FuncName(<ArgList>);一旦把基類(lèi)的成員函數(shù)定義為虛函數(shù)，由基類(lèi)所派生出來(lái)的所有派生類(lèi)中，該函數(shù)均保持虛函數(shù)的特性。在派生類(lèi)中重新定義基類(lèi)中的虛函數(shù)時(shí)，可以不用關(guān)鍵字virtual來(lái)修飾這個(gè)成員函數(shù)。8虛函數(shù)是用關(guān)鍵字virtual修飾的某基類(lèi)中的protected或public成員函數(shù)。它可以在派生類(lèi)中重新定義，以形成不同版本。只有在程序的執(zhí)行過(guò)程中，依據(jù)指針具體指向哪個(gè)類(lèi)對(duì)象，或依據(jù)引用哪個(gè)類(lèi)對(duì)象，才能確定激活哪一個(gè)版本，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)聚束。9classA{protected: intx;public: A(){x=1000;}

virtualvoidprint(){ cout<<“x=”<<x<<‘\t’; }//虛函數(shù)};classB:publicA{ inty;public: B(){y=2000;}

voidprint(){ cout<<“y=”<<y<<‘\t’; }//派生虛函數(shù)}; classC:publicA{ intz;public: C(){z=3000;}

voidprint(){ cout<<“z=”<<z<<‘\n’; }//派生虛函數(shù)};voidmain(void){Aa,*pa;Bb; Cc;a.print();b.print(); c.print();//靜態(tài)調(diào)用pa=&a;pa->print();//調(diào)用類(lèi)A的虛函數(shù)pa=&b;pa->print();//調(diào)用類(lèi)B的虛函數(shù)pa=&c;pa->print();}//調(diào)用類(lèi)C的虛函數(shù)x=1000y=2000z=3000x=1000y=2000z=300010classBase{public:virtualintSet(inta,intb){.....}....};classDerive:publicBase{public:intSet(intx,inty){.....}.....};classBase{public:virtualintSet(inta,intb){.....}....};classDerive:publicBase{public:intSet(intx,inty=0){.....}.....};intSet(int,int)是虛函數(shù)兩個(gè)Set()函數(shù)參數(shù)不一致，是重載，不是虛函數(shù)11關(guān)于虛函數(shù)，說(shuō)明以下幾點(diǎn)：1、當(dāng)在基類(lèi)中把成員函數(shù)定義為虛函數(shù)后，在其派生類(lèi)中定義的虛函數(shù)必須與基類(lèi)中的虛函數(shù)同名，參數(shù)的類(lèi)型、順序、參數(shù)的個(gè)數(shù)必須一一對(duì)應(yīng)，函數(shù)的返回的類(lèi)型也相同。若函數(shù)名相同，但參數(shù)的個(gè)數(shù)不同或者參數(shù)的類(lèi)型不同時(shí)，則屬于函數(shù)的重載，而不是虛函數(shù)。若函數(shù)名不同，顯然這是不同的成員函數(shù)。122、實(shí)現(xiàn)這種動(dòng)態(tài)的多態(tài)性時(shí)，必須使用基類(lèi)類(lèi)型的指針變量或基類(lèi)引用，并使該指針或引用指向不同的派生類(lèi)對(duì)象，并通過(guò)調(diào)用指針或引用所指向的虛函數(shù)才能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的多態(tài)性。xShow()xShow()yShow()xShow()zShow()類(lèi)A類(lèi)B類(lèi)CShow()定義為虛函數(shù)類(lèi)B與類(lèi)C均為類(lèi)A的公有派生。A*p;Bb;Cc;p=&b;p->Show();p=&c;p->Show();即在程序運(yùn)行時(shí)，通過(guò)賦值語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)多態(tài)性133、虛函數(shù)必須是類(lèi)的一個(gè)成員函數(shù)，不能是友元函數(shù)，也不能是靜態(tài)的成員函數(shù)。4、在派生類(lèi)中沒(méi)有重新定義虛函數(shù)時(shí)，與一般的成員函數(shù)一樣，當(dāng)調(diào)用這種派生類(lèi)對(duì)象的虛函數(shù)時(shí)，則調(diào)用其基類(lèi)中的虛函數(shù)。5、可把析構(gòu)函數(shù)定義為虛函數(shù)，但是，不能將構(gòu)造函數(shù)定義為虛函數(shù)。146、虛函數(shù)與一般的成員函數(shù)相比較，調(diào)用時(shí)的執(zhí)行速度要慢一些。為了實(shí)現(xiàn)多態(tài)性，在每一個(gè)派生類(lèi)中均要保存相應(yīng)虛函數(shù)的入口地址表，函數(shù)的調(diào)用機(jī)制也是間接實(shí)現(xiàn)的。因此，除了要編寫(xiě)一些通用的程序，并一定要使用虛函數(shù)才能完成其功能要求外，通常不必使用虛函數(shù)。7、一個(gè)函數(shù)如果被定義成虛函數(shù)，則不管經(jīng)歷多少次派生，仍將保持其虛特性，以實(shí)現(xiàn)“一個(gè)接口，多個(gè)形態(tài)”。15虛函數(shù)的訪問(wèn)用基類(lèi)指針或基類(lèi)引用訪問(wèn)與用派生類(lèi)對(duì)象名訪問(wèn)用基類(lèi)指針或基類(lèi)引用訪問(wèn)虛函數(shù)時(shí)，指向其實(shí)際派生類(lèi)對(duì)象重新定義的函數(shù)。實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)聚束。通過(guò)一個(gè)派生類(lèi)對(duì)象名訪問(wèn)時(shí)，只能靜態(tài)聚束。即由編譯器在編譯的時(shí)候決定調(diào)用哪個(gè)函數(shù)。16classPoint{floatx,y;public: Point(){} Point(floati,floatj){ x=i; y=j; }

virtual

floatarea(void) {return0.0;}//聲明為虛函數(shù)};constfloatPi=3.14159;classCircle:publicPoint{ //類(lèi)Point的派生類(lèi) floatradius;public: Circle(floatr){ radius=r; }

floatarea(void) {returnPi*radius*radius;}//虛函數(shù)再定義};voidmain(void){Point*pp; //基類(lèi)指針，可以將派生類(lèi)對(duì)象的地址賦給基類(lèi)指針Circlec(5.4321);cout<<c.area()<<endl;cout<<c.Point::area()<<endl; cout<<c.Circle::area()<<endl;}輸出：92.7011 0 92.7011可見(jiàn)，利用對(duì)象名進(jìn)行調(diào)用與一般非虛函數(shù)沒(méi)有區(qū)別。用對(duì)象名調(diào)用area()17classbase0{public: voidv(void){ cout<<"base0\n"; }};classbase1:publicbase0{public: virtualvoidv(void){cout<<"base1\n";}};classA1:publicbase1{public: voidv(){ cout<<"A1\n"; }};classA2:publicA1{public: voidv(void){ cout<<"A2\n"; }};classB1:privatebase1{public: voidv(void){ cout<<"B1\n"; }};classB2:publicB1{public: voidv(void){ cout<<"B2\n"; }};voidmain(void){base0*pb;A1a1;(pb=&a1)->v();A2a2;(pb=&a2)->v();B1b1;

(pb=&b1)->v();B2b2;

(pb=&b2)->v();}base0base0私有派生，在類(lèi)外不能調(diào)用基類(lèi)函數(shù)18classbase0{public: voidv(void){ cout<<"base0\n"; }};classbase1:publicbase0{public: virtualvoidv(void){cout<<"base1\n";}};classA1:publicbase1{public: voidv(){ cout<<"A1\n"; }};classA2:publicA1{public: voidv(void){ cout<<"A2\n"; }};classB1:privatebase1{public: voidv(void){ cout<<"B1\n"; }};classB2:publicB1{public: voidv(void){ cout<<"B2\n"; }};voidmain(void){base1*pb;A1a1;(pb=&a1)->v();A2a2;(pb=&a2)->v();}A1A219下面程序的輸出是

。classA{protected:intx;public:A(){x=1000;}virtualvoidp(){cout<<"x="<<x<<'\n';p2();}virtualvoidp2(){cout<<"A::p2()"<<endl;}};classC:publicA{ intz;public:C(){z=3000;}voidp(){cout<<"z="<<z<<'\n';p2();}virtualvoidp2(){cout<<"C::p2()"<<endl;}};voidmain(void){Cc;Aa,*pa=&a;pa->p();pa=&c;pa->p();}x=1000z=3000C::p2()A::p2()20classB0{public:virtualvoiddisplay(){cout<<"B0::display()\n";}};classB1:publicB0{public:voiddisplay(){cout<<"B1::display()\n";}};classD:publicB1{public:voiddisplay(){cout<<"D::display()\n";}};voidfun(B0*p){p->display();}voidmain(){B0b0,*p;p=&b0;fun(p);B1b1;p=&b1;fun(p);Dd;p=&d;fun(p);}B0::display()B1::display()D::display()21classB0{public:virtualvoiddisplay(){cout<<"B0::display()\n";}};classB1:publicB0{public:voiddisplay(){cout<<"B1::display()\n";}};classD:publicB1{public:voiddisplay(){cout<<"D::display()\n";}};voidfun(B0&bb){bb.display();}voidmain(){B0b0;fun(b0);B1b1;fun(b1);Dd;fun(d);}B0::display()B1::display()D::display()22純虛函數(shù)在基類(lèi)中不對(duì)虛函數(shù)給出有意義的實(shí)現(xiàn)，它只是在派生類(lèi)中有具體的意義。這時(shí)基類(lèi)中的虛函數(shù)只是一個(gè)入口，具體的目的地由不同的派生類(lèi)中的對(duì)象決定。這個(gè)虛函數(shù)稱(chēng)為純虛函數(shù)。class<基類(lèi)名>{ virtual<類(lèi)型><函數(shù)名>(<參數(shù)表>)=0; ......};23classA{protected: intx;public: A(){x=1000;}

virtualvoidprint()=0;//定義純虛函數(shù)};classB:publicA{//派生類(lèi)private:inty;public: B(){y=2000;}

voidprint(){cout<<“y=”<<y<<‘\n’;}//重新定義純虛函數(shù)};

classC:publicA{//派生類(lèi) intz;public: C(){z=3000;}

voidprint(){cout<<“z=”<<z<<‘\n’;}//重新定義純虛函數(shù)};voidmain(void){A*pa; Bb; Cc;pa=&b;pa->print(); pa=&c;pa->print();

Aa;pa=&a;pa->print();}y=2000z=3000抽象類(lèi)不能定義抽象類(lèi)的對(duì)象241、在定義純虛函數(shù)時(shí)，不能定義虛函數(shù)的實(shí)現(xiàn)部分。2、把函數(shù)名賦于0，本質(zhì)上是將指向函數(shù)體的指針值賦為初值0。與定義空函數(shù)不一樣，空函數(shù)的函數(shù)體為空，即調(diào)用該函數(shù)時(shí)，不執(zhí)行任何動(dòng)作。在沒(méi)有重新定義這種純虛函數(shù)之前，是不能調(diào)用這種函數(shù)的。253、把至少包含一個(gè)純虛函數(shù)的類(lèi)，稱(chēng)為抽象類(lèi)。這種類(lèi)只能作為派生類(lèi)的基類(lèi)，不能用來(lái)說(shuō)明這種類(lèi)的對(duì)象。其理由是明顯的：因?yàn)樘摵瘮?shù)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)部分，所以不能產(chǎn)生對(duì)象。但可以定義指向抽象類(lèi)的指針，即指向這種基類(lèi)的指針。當(dāng)用這種基類(lèi)指針指向其派生類(lèi)的對(duì)象時(shí)，必須在派生類(lèi)中重載純虛函數(shù)，否則會(huì)產(chǎn)生程序的運(yùn)行錯(cuò)誤。264、在以抽象類(lèi)作為基類(lèi)的派生類(lèi)中必須有純虛函數(shù)的實(shí)現(xiàn)部分，即必須有重載純虛函數(shù)的函數(shù)體。否則，這樣的派生類(lèi)也是不能產(chǎn)生對(duì)象的。綜上所述，可把純虛函數(shù)歸結(jié)為：抽象類(lèi)的唯一用途是為派生類(lèi)提供基類(lèi)，純虛函數(shù)的作用是作為派生類(lèi)中的成員函數(shù)的基礎(chǔ)，并實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)多態(tài)性。27虛基類(lèi)多基派生中的多條路徑具有公共基類(lèi)時(shí)，在這條路徑的匯合處就會(huì)因?qū)不?lèi)產(chǎn)生多個(gè)拷貝而產(chǎn)生同名函數(shù)調(diào)用的二義性。解決這個(gè)問(wèn)題的辦法就是把公共基類(lèi)定義為虛基類(lèi)，使由它派生的多條路徑的匯聚處只產(chǎn)生一個(gè)拷貝。classBase{};classA:publicBase{};classB:publicBase{};classC:publicA,publicB{};類(lèi)C中繼承了兩個(gè)類(lèi)Base，即有兩個(gè)類(lèi)Base的實(shí)現(xiàn)部分，在調(diào)用時(shí)產(chǎn)生了二義性。28用虛基類(lèi)進(jìn)行多重派生時(shí)，若虛基類(lèi)沒(méi)有缺省的構(gòu)造函數(shù)，則在每一個(gè)派生類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)中都必須有對(duì)虛基類(lèi)構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用（且首先調(diào)用）。由虛基類(lèi)派生出的對(duì)象初始化時(shí)，直接調(diào)用虛基類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)。因此，若將一個(gè)類(lèi)定義為虛基類(lèi)，則一定有正確的構(gòu)造函數(shù)可供所有派生類(lèi)調(diào)用。29classbase{public:virtualvoida(){ cout<<"a()inbase\n";}virtualvoidb(){ cout<<"b()inbase\n";}virtualvoidc(){ cout<<"c()inbase\n";}virtualvoidd(){ cout<<"d()inbase\n";}virtualvoide(){ cout<<"e()inbase\n";}virtualvoidf(){ cout<<"f()inbase\n";}};classA:publicbase{public: virtualvoida(){ cout<<"a()inA\n";}virtualvoidb(){ cout<<"b()inA\n";}virtualvoidf(){ cout<<"f()inA\n";}};classB:publicbase{public:virtualvoida(){ cout<<"a()inB\n";}virtualvoidb(){ cout<<"b()inB\n";}virtualvoidc(){ cout<<"c()inB\n";}};classC:publicA,publicB{public: virtualvoida(){ cout<<"a()inC\n";}virtualvoidd(){ cout<<"d()inC\n";}};voidmain(void){Ccc;

base*pbase=&cc;//錯(cuò)誤A*pa=&cc;pa->a();pa->b();pa->c();pa->d();pa->e();pa->f();}將類(lèi)C的地址賦值時(shí)產(chǎn)生歧義30a()b()c()d()e()f()a()b()c()d()e()f()a()b()f()a()b()c()d()e()f()a()c()a()b()c()d()e()f()a()b()f()a()b()c()d()e()f()a()c()baseABCa()d()AB31classbase{public:virtualvoida(){ cout<<"a()inbase\n";}virtualvoidb(){ cout<<"b()inbase\n";}virtualvoidc(){ cout<<"c()inbase\n";}virtualvoidd(){ cout<<"d()inbase\n";}virtualvoide(){ cout<<"e()inbase\n";}virtualvoidf(){ cout<<"f()inbase\n";}};classA:publicbase{public: virtualvoida(){ cout<<"a()inA\n";}virtualvoidb(){ cout<<"b()inA\n";}virtualvoidf(){ cout<<"f()inA\n";}};classB:publicbase{public:virtualvoida(){ cout<<"a()inB\n";}virtualvoidb(){ cout<<"b()inB\n";}virtualvoidc(){ cout<<"c()inB\n";}};classC:publicA,publicB{public: virtualvoida(){ cout<<"a()inC\n";}virtualvoidd(){ cout<<"d()inC\n";}};voidmain(void){Ccc;

base*pbase=&cc;//錯(cuò)誤A*pa=&cc;pa->a();pa->b();pa->c();pa->d();pa->e();pa->f();}將類(lèi)C的地址賦值時(shí)產(chǎn)生歧義類(lèi)C中有兩個(gè)base，只有一個(gè)Aa()inCb()inAc()inbased()inCe()inbasef()inA為避免這種情況，將base定義為虛基類(lèi)。32classbase{public:virtualvoida(){ cout<<"a()inbase\n";}virtualvoidb(){ cout<<"b()inbase\n";}virtualvoidc(){ cout<<"c()inbase\n";}virtualvoidd(){ cout<<"d()inbase\n";}virtualvoide(){ cout<<"e()inbase\n";}virtualvoidf(){ cout<<"f()inbase\n";}};classA:virtualpublicbase{public: virtualvoida(){ cout<<"a()inA\n";}virtualvoidb(){ cout<<"b()inA\n";}virtualvoidf(){ cout<<"f()inA\n";}};classB:virtualpublicbase{public:virtualvoida(){ cout<<"a()inB\n";}virtualvoidc(){ cout<<"c()inB\n";}};classC:publicA,publicB{public: virtualvoida(){ cout<<"a()inC\n";}virtualvoidd(){ cout<<"d()inC\n";}};voidmain(void){Ccc;base*pa=&cc;pa->a();pa->b();pa->c();pa->d();pa->e();pa->f();}33a()b()c()d()e()f()a()b()c()d()e()f()a()b()f()a()b()c()d()e()f()a()c()a()b()c()d()e()f()a()b()f()a()c()baseABCa()d()AB34classbase{public:virtualvoida(){ cout<<"a()inbase\n";}virtualvoidb(){ cout<<"b()inbase\n";}virtualvoidc(){ cout<<"c()inbase\n";}virtualvoidd(){ cout<<"d()inbase\n";}virtualvoide(){ cout<<"e()inbase\n";}virtualvoidf(){ cout<<"f()inbase\n";}};classA:virtualpublicbase{public: virtualvoida(){ cout<<"a()inA\n";}virtualvoidb(){ cout<<"b()inA\n