c程序設(shè)計(jì)等著課件含整本書源代碼8多態(tài)性與虛函數(shù)

第八章多態(tài)性C++語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)本章主要內(nèi)容多態(tài)性（重點(diǎn)掌握）運(yùn)算符重載（掌握）虛函數(shù)（重點(diǎn)掌握）虛析構(gòu)函數(shù)（理解）純虛函數(shù)抽象類3現(xiàn)實(shí)生活中的多態(tài)錄音機(jī)的控制臺(tái)4

8.1多態(tài)性的概念多態(tài)性是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的重要特征之一。多態(tài)性是指發(fā)出同樣的消息被不同類型的對(duì)象接收時(shí)有可能導(dǎo)致完全不同的行為。消息——即對(duì)類成員函數(shù)的調(diào)用。多態(tài)的實(shí)現(xiàn)：函數(shù)重載運(yùn)算符重載虛函數(shù)動(dòng)態(tài)綁定靜態(tài)綁定6C++支持兩種不同類型的多態(tài)：一種是編譯時(shí)的多態(tài)，通過(guò)靜態(tài)綁定實(shí)現(xiàn).一種是運(yùn)行時(shí)的多態(tài),通過(guò)動(dòng)態(tài)綁定實(shí)現(xiàn)。綁定是計(jì)算機(jī)程序自身彼此關(guān)聯(lián)的過(guò)程，即把一個(gè)標(biāo)識(shí)符和一個(gè)存儲(chǔ)地址聯(lián)系在一起的過(guò)程。把一條消息和一個(gè)對(duì)象的方法相結(jié)合的過(guò)程。也就是把一個(gè)函數(shù)名與其實(shí)現(xiàn)代碼聯(lián)系在一起。靜態(tài)綁定：綁定工作在編譯連接階段完成的。動(dòng)態(tài)綁定：綁定工作在程序運(yùn)行階段完成的。7實(shí)現(xiàn)靜態(tài)聯(lián)編的前提是：在編譯階段就必須能夠確定函數(shù)名與代碼間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此，當(dāng)通過(guò)對(duì)象名調(diào)用成員函數(shù)時(shí)，只可能是調(diào)用對(duì)象自身的成員，所以，這種情況可采用靜態(tài)聯(lián)編實(shí)現(xiàn)。但當(dāng)通過(guò)基類指針調(diào)用成員函數(shù)時(shí)，由于基類指針可以指向該基類的不同派生類對(duì)象，因此存在需要?jiǎng)討B(tài)聯(lián)編的可能性，但具體是否使用動(dòng)態(tài)聯(lián)編，還要看所調(diào)用的是否是虛函數(shù)。問(wèn)題舉例——復(fù)數(shù)的運(yùn)算classcomplex //復(fù)數(shù)類聲明{public: complex(doubler=0.0,doublei=0.0)//構(gòu)造函數(shù)

{real=r;imag=i;} voiddisplay(); //顯示復(fù)數(shù)的值private: doublereal; doubleimag;}; 運(yùn)算符重載8.2問(wèn)題舉例——復(fù)數(shù)的運(yùn)算聲明：complexa(10,20),b(1,2);用“+”、“-”能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)數(shù)的加減運(yùn)算嗎？“a+b”實(shí)現(xiàn)復(fù)數(shù)加減運(yùn)算的方法

——重載“+”、“-”運(yùn)算符運(yùn)算符重載8.2運(yùn)算符重載的實(shí)質(zhì):函數(shù)重載運(yùn)算符重載是對(duì)已有的運(yùn)算符賦予多重含義必要性C++中預(yù)定義的運(yùn)算符其運(yùn)算對(duì)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）實(shí)現(xiàn)機(jī)制將指定的運(yùn)算表達(dá)式轉(zhuǎn)化為對(duì)運(yùn)算符函數(shù)的調(diào)用，運(yùn)算對(duì)象轉(zhuǎn)化為運(yùn)算符函數(shù)的實(shí)參。編譯系統(tǒng)對(duì)重載運(yùn)算符的選擇，遵循函數(shù)重載的選擇原則。運(yùn)算符重載8.2運(yùn)算符重載8.2.1規(guī)則和限制可以重載C++中除下列運(yùn)算符外的所有運(yùn)算符：

類屬關(guān)系.

成員指針.*

作用域分辨符::

三目?:

和sizeof只能重載C++語(yǔ)言中已有的運(yùn)算符，不可臆造新的。不改變?cè)\(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)和結(jié)合性。不能改變操作數(shù)個(gè)數(shù)。經(jīng)重載的運(yùn)算符，其操作數(shù)中至少應(yīng)該有一個(gè)是自定義類型。8.2兩種形式重載為類成員函數(shù)。函數(shù)類型operator運(yùn)算符（形參）{......}重載為友元函數(shù)。

friend函數(shù)類型operator運(yùn)算符（形參）{......}運(yùn)算符重載8.2運(yùn)算符函數(shù)聲明形式函數(shù)類型operator運(yùn)算符（形參）{......}重載為類成員函數(shù)時(shí)

參數(shù)個(gè)數(shù)=原操作數(shù)個(gè)數(shù)-1 （后置++、--除外）重載為友元函數(shù)時(shí)參數(shù)個(gè)數(shù)=原操作數(shù)個(gè)數(shù)且至少應(yīng)該有一個(gè)自定義類型的形參。運(yùn)算符重載8.28.2.2運(yùn)算符成員函數(shù)的設(shè)計(jì)雙目運(yùn)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(dá)式oprd1Boprd2，其中

oprd1為A類對(duì)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(dá)式

oprd1Boprd2

相當(dāng)于oprd1.operatorB(oprd2)運(yùn)算符重載8.2運(yùn)算符重載

例8.1

將“+”、“-”運(yùn)算重載為復(fù)數(shù)類的成員函數(shù)。規(guī)則:實(shí)部和虛部分別相加減。操作數(shù):兩個(gè)操作數(shù)都是復(fù)數(shù)類的對(duì)象。8.2#include<iostream>usingnamespacestd;classcomplex //復(fù)數(shù)類聲明{public: //外部接口

complex(doubler=0.0,doublei=0.0){real=r;imag=i;}

//構(gòu)造函數(shù)

complexoperator+(complexc2);//+重載為成員函數(shù)

complexoperator-(complexc2);

//-重載為成員函數(shù)

voiddisplay(); //輸出復(fù)數(shù)private: //私有數(shù)據(jù)成員

doublereal; //復(fù)數(shù)實(shí)部

doubleimag; //復(fù)數(shù)虛部}; 16complexcomplex::operator+(complexc2)//重載函數(shù)實(shí)現(xiàn){ complexc; c.real=c2.real+real; c.imag=c2.imag+imag;

returncomplex(c.real,c.imag);//創(chuàng)建一個(gè)臨時(shí)無(wú)名對(duì)象作為返回值}17complexcomplex::operator-(complexc2)//重載函數(shù)實(shí)現(xiàn){ complexc; c.real=real-c2.real; c.imag=imag-c2.imag;

returncomplex(c.real,c.imag);}18voidcomplex::display(){cout<<"("<<real<<","<<imag<<")"<<endl;}voidmain()//主函數(shù){ complexc1(5,4),c2(2,10),c3;//聲明復(fù)數(shù)類的對(duì)象

cout<<"c1=";c1.display(); cout<<"c2=";c2.display();

c3=c1-c2; //使用重載運(yùn)算符完成復(fù)數(shù)減法

cout<<"c3=c1-c2="; c3.display();

c3=c1+c2; //使用重載運(yùn)算符完成復(fù)數(shù)加法

cout<<"c3=c1+c2="; c3.display();}19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)20運(yùn)算符成員函數(shù)的設(shè)計(jì)前置單目運(yùn)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(dá)式Uoprd，其中

oprd為A類對(duì)象，則U應(yīng)被重載為A類的成員函數(shù)，無(wú)形參。經(jīng)重載后，

表達(dá)式

Uoprd

相當(dāng)于oprd.operatorU()運(yùn)算符重載8.2運(yùn)算符成員函數(shù)的設(shè)計(jì)后置單目運(yùn)算符++和--如果要重載++或--為類成員函數(shù)，使之能夠?qū)崿F(xiàn)表達(dá)式

oprd++

或oprd--

，其中

oprd為A類對(duì)象，則++或--應(yīng)被重載為A類的成員函數(shù)，且具有一個(gè)int類型形參。（形參只是用來(lái)區(qū)別前置和后置的）經(jīng)重載后，表達(dá)式

oprd++

相當(dāng)于oprd.operator++(0)運(yùn)算符重載8.2例8.2運(yùn)算符前置++和后置++重載為時(shí)鐘類的成員函數(shù)。前置單目運(yùn)算符，重載函數(shù)沒(méi)有形參；對(duì)于后置單目運(yùn)算符，重載函數(shù)需要有一個(gè)整型形參。操作數(shù)是時(shí)鐘類的對(duì)象。實(shí)現(xiàn)時(shí)間增加1秒鐘。運(yùn)算符重載8.2//8_2.cpp#include<iostream>usingnamespacestd;classClock //時(shí)鐘類聲明{public: //外部接口

Clock(intNewH=0,intNewM=0,intNewS=0); voidShowTime(); Clock&operator++();//前置單目運(yùn)算符重載

Clockoperator++(int);//后置單目運(yùn)算符重載

private: //私有數(shù)據(jù)成員

intHour,Minute,Second;};24Clock&Clock::operator++() //前置單目運(yùn)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;}25//后置單目運(yùn)算符重載ClockClock::operator++(int) { //注意形參表中的整型參數(shù)

Clockold=*this;++(*this);

returnold;}26//其它成員函數(shù)的實(shí)現(xiàn)略voidmain(){ ClockmyClock(23,59,59); cout<<"Firsttimeoutput:"; myClock.ShowTime();cout<<"ShowmyClock++:";(myClock++).ShowTime();cout<<"Show++myClock:"; (++myClock).ShowTime();}27程序運(yùn)行結(jié)果為：Firsttimeoutput:23:59:59ShowmyClock++:23:59:59Show++myClock:0:0:1288.2.3運(yùn)算符友元函數(shù)的設(shè)計(jì)如果需要重載一個(gè)運(yùn)算符，使之能夠用于操作某類對(duì)象的私有成員，可以此將運(yùn)算符重載為該類的友元函數(shù)。函數(shù)的形參代表依自左至右次序排列的各操作數(shù)。后置單目運(yùn)算符++和--的重載函數(shù)，形參列表中要增加一個(gè)int，但不必寫形參名。運(yùn)算符重載8.2運(yùn)算符友元函數(shù)的設(shè)計(jì)雙目運(yùn)算符B重載后，

表達(dá)式oprd1Boprd2

等同于operatorB(oprd1,oprd2)前置單目運(yùn)算符B重載后，

表達(dá)式Boprd

等同于operatorB(oprd)后置單目運(yùn)算符++和--重載后，

表達(dá)式oprdB

等同于operatorB(oprd,0)運(yùn)算符重載8.2例8-3將+、-（雙目）重載為復(fù)數(shù)類的友元函數(shù)。兩個(gè)操作數(shù)都是復(fù)數(shù)類的對(duì)象。運(yùn)算符重載8.2#include<iostream>usingnamespacestd;classcomplex //復(fù)數(shù)類聲明{public: //外部接口

complex(doubler=0.0,doublei=0.0)

{real=r;imag=i;} //構(gòu)造函數(shù)

friendcomplexoperator+(complexplexc2); //運(yùn)算符+重載為友元函數(shù)

friendcomplexoperator-(complexplexc2); //運(yùn)算符-重載為友元函數(shù)

voiddisplay(); //顯示復(fù)數(shù)的值private: //私有數(shù)據(jù)成員

doublereal; doubleimag;}; 32complexoperator+(complexplexc2) //運(yùn)算符重載友元函數(shù)實(shí)現(xiàn){ return

complex(c2.real+c1.real,c2.imag+c1.imag);}complexoperator-(complexplexc2) //運(yùn)算符重載友元函數(shù)實(shí)現(xiàn){ return

complex(c1.real-c2.real,c1.imag-c2.imag);}//其它函數(shù)和主函數(shù)同例8.133靜態(tài)綁定與動(dòng)態(tài)綁定綁定程序自身彼此關(guān)聯(lián)的過(guò)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。靜態(tài)綁定（靜態(tài)聯(lián)編）聯(lián)編工作出現(xiàn)在編譯階段，用對(duì)象名或者類名來(lái)限定要調(diào)用的函數(shù)。動(dòng)態(tài)綁定聯(lián)編工作在程序運(yùn)行時(shí)執(zhí)行，在程序運(yùn)行時(shí)才確定將要調(diào)用的函數(shù)。#include<iostream>usingnamespacestd;classPoint{public: Point(doublei,doublej){x=i;y=j;} doubleArea()const{return0.0;}private: doublex,y;};classRectangle:publicPoint{public: Rectangle(doublei,doublej,doublek,doublel); doubleArea()const{returnw*h;}private: doublew,h;};靜態(tài)綁定例35Rectangle::Rectangle(doublei,doublej,doublek,doublel):Point(i,j){ w=k;h=l;}voidfun(Point&s){ cout<<"Area="<<s.Area()<<endl;}voidmain(){

Rectanglerec(3.0,5.2,15.0,25.0); fun(rec);}運(yùn)行結(jié)果：Area=036#include<iostream>usingnamespacestd;classPoint{public: Point(doublei,doublej){x=i;y=j;}

virtualdoubleArea()const{return0.0;}private: doublex,y;};classRectangle:publicPoint{public: Rectangle(doublei,doublej,doublek,doublel);

virtualdoubleArea()const{returnw*h;}private: doublew,h;};//其它函數(shù)同上例動(dòng)態(tài)綁定例37voidfun(Point&s){ cout<<"Area="<<s.Area()<<endl;}voidmain(){

Rectanglerec(3.0,5.2,15.0,25.0); fun(rec);}運(yùn)行結(jié)果:Area=375388.3.1一般虛函數(shù)成員虛函數(shù)是動(dòng)態(tài)綁定的基礎(chǔ)。虛函數(shù)是非靜態(tài)的成員函數(shù)。在類的聲明中，在函數(shù)原型之前寫virtual。virtual

只用來(lái)說(shuō)明類聲明中的原型，不能用在函數(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)。具有繼承性，基類中聲明了虛函數(shù)，派生類中無(wú)論是否說(shuō)明，同原型函數(shù)都自動(dòng)為虛函數(shù)。本質(zhì)：不是重載聲明而是覆蓋。調(diào)用方式：通過(guò)基類指針或引用，執(zhí)行時(shí)會(huì)

根據(jù)指針指向的對(duì)象的類，決定調(diào)用哪個(gè)函數(shù)。虛函數(shù)8.3例8.4#include<iostream>usingnamespacestd;classB0 //基類B0聲明{public: //外部接口

virtualvoiddisplay()//虛成員函數(shù)

{cout<<"B0::display()"<<endl;}};classB1:publicB0 //公有派生{public:voiddisplay(){cout<<"B1::display()"<<endl;}};classD1:publicB1 //公有派生{public: voiddisplay(){cout<<"D1::display()"<<endl;}};虛函數(shù)8.3voidfun(B0*ptr) //普通函數(shù){ptr->display();}voidmain() //主函數(shù){ B0b0,*p; //聲明基類對(duì)象和指針

B1b1; //聲明派生類對(duì)象

D1d1; //聲明派生類對(duì)象

p=&b0; fun(p); //調(diào)用基類B0函數(shù)成員

p=&b1; fun(p); //調(diào)用派生類B1函數(shù)成員

p=&d1; fun(p); //調(diào)用派生類D1函數(shù)成員}運(yùn)行結(jié)果：B0::display()B1::display()D1::display()4142如何判斷派生類成員是不是虛函數(shù)該函數(shù)是否與基類的虛函數(shù)同名該函數(shù)是否與基類的虛函數(shù)有相同參數(shù)個(gè)數(shù)及對(duì)應(yīng)的相同參數(shù)類型該函數(shù)是否與基類的虛函數(shù)有相同返回值或滿足類型兼容規(guī)則的指針、引用型的返回值43虛函數(shù)使用如果在派生類要修改基類的行為即重寫基類的函數(shù)，就應(yīng)該在基類將相應(yīng)的函數(shù)聲明為虛函數(shù)。從而，實(shí)現(xiàn)多態(tài)。注意：重寫繼承來(lái)的虛函數(shù)時(shí)，如果函數(shù)帶有默認(rèn)形參值，一定不能重新定義不同的值。如果基類的功能不想被派生類修改，則這樣的函數(shù)聲明為非虛函數(shù)。448.3.2虛析構(gòu)函數(shù)c++中不能聲明虛構(gòu)造函數(shù)，但是可以聲明虛析構(gòu)函數(shù)聲明格式：

virtual~類名（）；如果基類的析構(gòu)函數(shù)是虛函數(shù)，則其所有派生類的析構(gòu)函數(shù)也是虛函數(shù)虛函數(shù)8.3

何時(shí)需要虛析構(gòu)函數(shù)？當(dāng)你可能通過(guò)基類指針刪除派生類對(duì)象時(shí)如果你打算允許其他人通過(guò)基類指針調(diào)用對(duì)象的析構(gòu)函數(shù)（通過(guò)delete這樣做是正常的），并且被析構(gòu)的對(duì)象是有重要的析構(gòu)函數(shù)的派生類的對(duì)象，就需要讓基類的析構(gòu)函數(shù)成為虛擬的。例8-5虛函數(shù)8.346純虛函數(shù)virtual

類型函數(shù)名(參數(shù)表)=0;

沒(méi)有函數(shù)體函數(shù)體為空的虛函數(shù)和純虛函數(shù)比較：前者函數(shù)體為空，后者沒(méi)有函數(shù)體前者所在的類可以實(shí)例化，后者不能二者都可以派生新類，在新類給出函數(shù)新的實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)多態(tài)純虛函數(shù)與抽象類8.4抽象類帶有純虛函數(shù)的類稱為抽象類:class類名