面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言C++第07章-虛函數(shù)和多態(tài)性市公開(kāi)課一等獎(jiǎng)省賽課獲獎(jiǎng)

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言C++電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1第1頁(yè)第七章虛函數(shù)和多態(tài)性C++使用多態(tài)性實(shí)現(xiàn)同一個(gè)消息，不一樣接收者采取不一樣響應(yīng)方式這種現(xiàn)象。多態(tài)性是一個(gè)事務(wù)有各種形態(tài)。在面向?qū)ο笳Z(yǔ)言中，普通這么描述多態(tài)：向不一樣對(duì)象發(fā)送同一個(gè)消息，不一樣對(duì)象在接收時(shí)會(huì)產(chǎn)生不一樣行為。也就是說(shuō)，每個(gè)對(duì)象能夠用自己方式去響應(yīng)共同消息。2第2頁(yè)第七章虛函數(shù)和多態(tài)性C++語(yǔ)言多態(tài)性有兩種類型：

靜態(tài)多態(tài)性和動(dòng)態(tài)多態(tài)性。函數(shù)重載和運(yùn)算符重載都是靜態(tài)多態(tài)性。在程序編譯時(shí)系統(tǒng)就能夠決定調(diào)用哪個(gè)函數(shù)，所以靜態(tài)多態(tài)性又稱為編譯時(shí)多態(tài)性。動(dòng)態(tài)多態(tài)性時(shí)程序運(yùn)行過(guò)程中才動(dòng)態(tài)確實(shí)定操作所針正確對(duì)象。它又稱為運(yùn)行時(shí)多態(tài)性。動(dòng)態(tài)多態(tài)性是經(jīng)過(guò)虛函數(shù)實(shí)現(xiàn)。3第3頁(yè)第七章虛函數(shù)和多態(tài)性7.1虛函數(shù)7.1.1靜態(tài)多態(tài)性對(duì)于普通組員函數(shù)重載，可表示為下面方式：(1)在同一個(gè)類中重載；(2)在不一樣類中重載；(3)基類組員函數(shù)在派生類中重載；所以，重載函數(shù)訪問(wèn)是在編譯時(shí)區(qū)分，這種程序運(yùn)行之前就能夠在多個(gè)函數(shù)中確定當(dāng)前訪問(wèn)函數(shù)方法稱為靜態(tài)多態(tài)性。4第4頁(yè)第七章虛函數(shù)和多態(tài)性7.1虛函數(shù)7.1.1靜態(tài)多態(tài)性有以下三種區(qū)分方法：據(jù)參數(shù)特征加以區(qū)分，比如：Show(int，

char)與

Show(char*，

float)使用”::”加以區(qū)分，比如：Circle::Show有別于

Point::Show依據(jù)類對(duì)象加以區(qū)分ACircle.Show()調(diào)用

Circle::Show()5第5頁(yè)第七章虛函數(shù)和多態(tài)性7.1虛函數(shù)7.1.1靜態(tài)多態(tài)性子類能夠重載父類組員：classA{public: voidfun()

{cout<<"InA"<<endl;}};classB

:

publicA{public: voidfun()

{cout<<"InB"<<endl;}};6第6頁(yè)第七章虛函數(shù)和多態(tài)性7.1虛函數(shù)7.1.1靜態(tài)多態(tài)性

CCobj; Cobj.fun();

//調(diào)用C::fun() Cobj.B::fun();//調(diào)用B::fun() Cobj.A::fun();//調(diào)用A::fun() A&Aref=Cobj; Aref.fun();

//調(diào)用A::fun()，編譯器經(jīng)過(guò)類型確定調(diào)用哪個(gè)版本

B&Bref=Cobj; Bref.fun();

//調(diào)用B::fun() Bref.A::fun();//調(diào)用A::fun() A*Apointer=&Cobj; Apointer->fun();//調(diào)用A::fun()7第7頁(yè)第七章虛函數(shù)和多態(tài)性7.1虛函數(shù)7.1.2基類和派生類指針與對(duì)象關(guān)系(1)能夠用指向基類指針指向其公有派生類對(duì)象基類指針訪問(wèn)是派生對(duì)象擁有基類部分，派生類本身部分不能被基類指針訪問(wèn)。指向派生類指針指向基類對(duì)象是不正確

(2)希望用基類指針訪問(wèn)其公有派生類特定組員，必須將基類指針用顯示類型轉(zhuǎn)換為派生類指針。8第8頁(yè)第七章虛函數(shù)和多態(tài)性7.1虛函數(shù)7.1.3虛函數(shù)與多態(tài)性1．虛函數(shù)概念

一個(gè)指向基類指針可用來(lái)指向從基類公有派生任何對(duì)象。是

C++實(shí)現(xiàn)運(yùn)行時(shí)多態(tài)性關(guān)鍵路徑。假如有多個(gè)或者多層派生類，經(jīng)過(guò)一個(gè)基類指針能夠訪問(wèn)全部派生類對(duì)象組員函數(shù)，這么就能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)接口，多個(gè)實(shí)現(xiàn)訪問(wèn)了。9第9頁(yè)第七章虛函數(shù)和多態(tài)性7.1虛函數(shù)7.1.3虛函數(shù)與多態(tài)性classBase{public: Base(inta){x=a;}

voidwho()

{cout<<"base"<<x<<"\n";}protected: intx;};10classFirst_d:publicBase{public:First_d(inta):Base(a){}voidwho()

{cout<<"Firstderivation"<<x<<"\n";}};classSec_d:publicBase{public:Sec_d(inta):Base(a)

{}voidwho()

{cout<<"Secondderivation"<<x<<"\n";}};第10頁(yè)第七章虛函數(shù)和多態(tài)性7.1虛函數(shù)7.1.3虛函數(shù)與多態(tài)性

Base*p; Basebase_obj(1); First_dfirst_obj(2); Sec_dsecond_obj(3);

p=&base_obj; p->who(); p=&first_obj; p->who();

p=&sec_obj; p->who();輸出？11第11頁(yè)第七章虛函數(shù)和多態(tài)性7.1虛函數(shù)7.1.3虛函數(shù)與多態(tài)性程序輸出是：

base1base2base3調(diào)用都是父類函數(shù)版本12第12頁(yè)第七章虛函數(shù)和多態(tài)性7.1虛函數(shù)7.1.3虛函數(shù)與多態(tài)性經(jīng)過(guò)父類指針來(lái)看，該指針?biāo)赶蚴歉割悓?duì)象。13x&Base::who()&First_d::who()p對(duì)于p是不可見(jiàn)第13頁(yè)第七章虛函數(shù)和多態(tài)性7.1虛函數(shù)7.1.3虛函數(shù)與多態(tài)性假如伴隨p所指向?qū)ο蟛灰粯?，p->who()能調(diào)用不一樣類中who()版本，這么就能夠用一個(gè)界面訪問(wèn)多個(gè)實(shí)現(xiàn)版本。實(shí)際上，這表示了一個(gè)動(dòng)態(tài)性質(zhì)，函數(shù)調(diào)用依賴于運(yùn)行時(shí)p所指向?qū)ο蟆?/p>

虛函數(shù)提供就是這種解釋機(jī)制。虛函數(shù)是在基類中被冠以virtual組員函數(shù)，它提供了一個(gè)接口界面。14第14頁(yè)第七章虛函數(shù)和多態(tài)性7.1虛函數(shù)7.1.3虛函數(shù)與多態(tài)性虛函數(shù)能夠在一個(gè)或多個(gè)派生類中被重新定義，但要求在派生類中重新定義時(shí)，虛函數(shù)函數(shù)原型（包含返回類型，函數(shù)名，參數(shù)個(gè)數(shù)，參數(shù)類型次序）必須完全相同。重寫(xiě)上例。15第15頁(yè)第七章虛函數(shù)和多態(tài)性7.1虛函數(shù)7.1.3虛函數(shù)與多態(tài)性classBase{public: Base(inta){x=a;}

virtual

voidwho()

{cout<<"base"<<x<<"\n";}protected: intx;};16classFirst_d:publicBase{public:First_d(inta):Base(a){}voidwho()

{cout<<"Firstderivation"<<x<<"\n";}};classSec_d:publicBase{public:Sec_d(inta):Base(a)

{}voidwho()

{cout<<"Secondderivation"<<x<<"\n";}};第16頁(yè)第七章虛函數(shù)和多態(tài)性7.1虛函數(shù)2．運(yùn)行時(shí)多態(tài)性與虛特征（1）運(yùn)行時(shí)多態(tài)性在帶有虛函數(shù)類中，編譯器設(shè)置一個(gè)指針，稱為虛指針vpointer（縮寫(xiě)為VPTR）。編譯器對(duì)每個(gè)包含虛函數(shù)類創(chuàng)建一個(gè)虛表（稱為VTABLE），存放類虛函數(shù)地址。VPTR指向這個(gè)對(duì)象VTABLE。經(jīng)過(guò)基類指針做虛函數(shù)調(diào)用時(shí)，編譯器取得這個(gè)VPTR，找到該類VTABLE，并在其中查找對(duì)應(yīng)虛函數(shù)地址，完成動(dòng)態(tài)匹配。17第17頁(yè)第七章虛函數(shù)和多態(tài)性7.1虛函數(shù)18第18頁(yè)單界面、多實(shí)現(xiàn)classfigure

{protected：floatx,y；

public：

voidset_dim(floati,floatj=0)

{x=i；

y=j；}

virtualvoidshow_area()

{cout<<“Noarea\n”；

}

}；

第19頁(yè)classtriangle：

publicfigure

{public：

voidshow_area()

{cout<<x*0.5*y<<“\n”;}

}；

第20頁(yè)

classsquare：

publicfigure{

public：

voidshow_area()

{cout<<x*y<<“\n”；

}

}；

第21頁(yè)classcircle：

publicfigure

{

public：

voidshow_area()

{

cout<<3.14*x*x；

}

}；

第22頁(yè)voidmain()

{

figure*p;trianglet;squares;circlec；

p=&t；

p－>set_dim(10.0，

5.0)；

p－>show_area()；p=&s；

p－>set_dim(10.0，

5.0)；

p－>show_area()；

p=&c；

p－>set_dim(9.0)；

p－>show_area()；

}

第23頁(yè)各個(gè)派生類共享基類函數(shù)set_dim(floati,floatj=0)；而對(duì)于計(jì)算面積，各個(gè)實(shí)際圖形有不一樣算法square、triangle和circle含有相同界面show_area()但它們對(duì)應(yīng)不一樣實(shí)現(xiàn)方法所以，函數(shù)show_area()定義為虛函數(shù)。第24頁(yè)第七章虛函數(shù)和多態(tài)性7.1虛函數(shù)

一個(gè)組員函數(shù)什么時(shí)候需要申明為虛函數(shù)呢？首先考慮組員函數(shù)所在類是否會(huì)做為基類。然后看組員函數(shù)在類繼承后有沒(méi)有功效被修改？假如希望修改其功效，普通將它申明為虛函數(shù)。還應(yīng)該考慮對(duì)組員函數(shù)調(diào)用是經(jīng)過(guò)對(duì)象名還是基類指針或引用去訪問(wèn)。假如經(jīng)過(guò)基類指針或引用去訪問(wèn)，則申明為虛函數(shù)。25第25頁(yè)第26頁(yè)第七章虛函數(shù)和多態(tài)性7.1虛函數(shù)（2）虛特征用虛函數(shù)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行時(shí)多態(tài)性關(guān)鍵之處是，必須用指向基類指針(或者引用)訪問(wèn)虛函數(shù)。盡管能夠像調(diào)用其它組員函數(shù)那樣顯式地用對(duì)象名來(lái)調(diào)用一個(gè)虛函數(shù)，但只有在一個(gè)指向基類指針(或者引用)訪問(wèn)虛函數(shù)時(shí)，運(yùn)行時(shí)多態(tài)性才能實(shí)現(xiàn)。這時(shí)，稱為函數(shù)含有虛特征。27第27頁(yè)第七章虛函數(shù)和多態(tài)性7.1虛函數(shù)基類函數(shù)含有虛特征條件是：在基類中，將該函數(shù)說(shuō)明為虛(virtual)函數(shù)。這么能夠在派生類中重新定義此函數(shù)，為它賦予新功效，并能夠方便調(diào)用。在類外定義虛函數(shù)時(shí)，無(wú)須再加virtual關(guān)鍵字。定義基類公有派生類；在基類公有派生類中原型一致地重載該虛函數(shù)；定義指向基類指針變量，它指向基類公有派生類對(duì)象(或定義基類引用，它引用基類公有派生類對(duì)象)。28第28頁(yè)第七章虛函數(shù)和多態(tài)性7.1虛函數(shù)重載一個(gè)虛函數(shù)時(shí)，要求函數(shù)名、返回類型、參量個(gè)數(shù)、參數(shù)類型和次序是完全相同。假如不一樣，會(huì)產(chǎn)生什么情況呢？(1)僅僅返回類型不一樣，其余相同。C++認(rèn)為這是錯(cuò)誤，因?yàn)閮H僅返回類型不一樣函數(shù)本質(zhì)上是含糊。(2)函數(shù)原型不一樣，僅函數(shù)名相同，C++認(rèn)為這是普通函數(shù)重載，此時(shí)虛特征丟失。（例7-5）29第29頁(yè)第七章虛函數(shù)和多態(tài)性7.1虛函數(shù)定義虛函數(shù)時(shí)需要注意：（1）虛函數(shù)必須是類組員函數(shù)。不能將虛函數(shù)說(shuō)明為全局(非組員)函數(shù)，也不能說(shuō)明為靜態(tài)組員函數(shù)。不能將友元說(shuō)明為虛函數(shù)，但虛函數(shù)能夠是另一個(gè)類友元。（2）析構(gòu)函數(shù)能夠是虛函數(shù)，但結(jié)構(gòu)函數(shù)不能為虛函數(shù)。（3）一旦一個(gè)函數(shù)被說(shuō)明為虛函數(shù)，不論經(jīng)歷了多少派生類層，都將保持其虛特征。30第30頁(yè)第七章虛函數(shù)和多態(tài)性7.1虛函數(shù)3．虛析構(gòu)函數(shù)請(qǐng)看這個(gè)例子：classbase{public: base(){cout<<"base()"<<endl;} ~base(){cout<<"~base()"<<endl;}};classderived:publicbase{public: derived(){cout<<"derived()"<<endl;} ~derived(){cout<<"~derived()"<<endl;}};31intmain(){

base*pb=newderived;

deletepb;

return0;}第31頁(yè)第七章虛函數(shù)和多態(tài)性7.1虛函數(shù)請(qǐng)問(wèn)程序輸出是什么？32程序輸出以下：base()derived();~base();結(jié)構(gòu)函數(shù)base()和derived()都被調(diào)用了，不過(guò)析構(gòu)函數(shù)只有~base()調(diào)用了。第32頁(yè)第七章虛函數(shù)和多態(tài)性7.1虛函數(shù)原因很簡(jiǎn)單：基類指針只調(diào)用基類組員函數(shù)，不能夠調(diào)用派生類組員函數(shù)，即使是析構(gòu)函數(shù)也是如此。假如希望能夠執(zhí)行派生類析構(gòu)函數(shù)，則需要將基類析構(gòu)函數(shù)申明為虛析構(gòu)函數(shù)：virtual~base()

{cout<<"~base()"<<endl;}當(dāng)基類析構(gòu)函數(shù)申明為虛函數(shù)時(shí)，不論指針指向是同一類族中哪一個(gè)對(duì)象，當(dāng)對(duì)象撤消時(shí)，系統(tǒng)會(huì)采取動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)，調(diào)用對(duì)應(yīng)析構(gòu)函數(shù)，對(duì)該對(duì)象進(jìn)行清理工作。33第33頁(yè)

假如希望經(jīng)過(guò)基類指針或者引用訪問(wèn)派生類組員函數(shù)，但基類功效比較抽象或者不能確定功效，能夠?qū)⒒惗x為抽象類，即只定義函數(shù)名字，沒(méi)有函數(shù)體，詳細(xì)功效由派生類添加第34頁(yè)第七章虛函數(shù)和多態(tài)性7.2純虛函數(shù)和抽象類基類往往表示一些抽象概念。比如，shape是一個(gè)基類，它表示含有形狀東西，從shape能夠派生出封閉圖形和非封閉圖形兩個(gè)派生類。封閉圖形又能夠派生出橢圓形、多邊形，……這個(gè)類等級(jí)基類shape表達(dá)了一個(gè)抽象概念在shape中定義一個(gè)求面積函數(shù)顯然是無(wú)意義但能夠?qū)⑵湔f(shuō)明為虛函數(shù)，提供各派生類一個(gè)公共界面，并由各派生類提供求面積函數(shù)各自版本35第35頁(yè)第七章虛函數(shù)和多態(tài)性7.2純虛函數(shù)和抽象類基類有些虛函數(shù)沒(méi)有定義是很正常，不過(guò)要求派生類必須重定義這些虛函數(shù)，以使派生類有意義。為此，C++引入了純虛函數(shù)概念。純虛函數(shù)是一個(gè)在基類中說(shuō)明虛函數(shù)，它在該基類中沒(méi)有定義，要求任何派生類都必須定義自己版本。為說(shuō)明一純虛函數(shù)，使用以下普通形式：virtualtypefunc_name(參數(shù)表)=0;36第36頁(yè)第七章虛函數(shù)和多態(tài)性7.2純虛函數(shù)和抽象類將一虛函數(shù)說(shuō)明成純虛函數(shù)，就要求任何派生類都應(yīng)該定義自己實(shí)現(xiàn)。在結(jié)構(gòu)函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)中調(diào)用虛函數(shù)時(shí)，采取靜態(tài)聯(lián)編，所以，在結(jié)構(gòu)函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)中不能夠調(diào)用純虛函數(shù)。但其它組員函數(shù)能夠調(diào)用純虛函數(shù)。假如一個(gè)類最少有一個(gè)純虛函數(shù)，那么就稱該類為抽象類。抽象類機(jī)制支持普通概念表示。抽象類只能用作其它類基類，抽象類不能建立對(duì)象。抽象類不能用作參數(shù)類型、函數(shù)返回類型或顯式轉(zhuǎn)換類型。但能夠申明抽象類指針和引用。37第37頁(yè)第七章虛函數(shù)和多態(tài)性7.2純虛函數(shù)和抽象類純虛函數(shù)和抽象類例子：classshape{public：

virtualvoidrotate(int)=0; virtualvoiddraw()=0;};…38第38頁(yè)

用面向?qū)ο蠓椒▽?shí)現(xiàn)一個(gè)異質(zhì)鏈表。異質(zhì)是指鏈表中各表項(xiàng)內(nèi)容類型不要求相同第39頁(yè)(1)以大學(xué)環(huán)境為例，這里包含學(xué)生、職員和教師。希望對(duì)這些人信息進(jìn)行管理(全部人員信息統(tǒng)計(jì)在一個(gè)鏈表中)。第40頁(yè)學(xué)生：姓名、年紀(jì)、身份證號(hào)碼、平均成績(jī)。職員：姓名、年紀(jì)、身份證號(hào)碼、小時(shí)工資。教師：姓名、年紀(jì)、身份證號(hào)碼、年工資。第41頁(yè)要求能實(shí)現(xiàn)三個(gè)操作：①插入。向異質(zhì)鏈表中增加一個(gè)學(xué)生、職員或教師信息。②刪除。從鏈表中刪除一個(gè)學(xué)生、職員和教師信息。③打印。顯示鏈表中全部信息。第42頁(yè)(2)對(duì)于一些既是學(xué)生又是教師雙重身份人，應(yīng)能單獨(dú)統(tǒng)計(jì)之。(3