《C++語言程序設(shè)計》課件第10章

C++語言程序設(shè)計第十一組C++語言程序設(shè)計第十章多態(tài)C++語言程序設(shè)計1目錄C++語言程序設(shè)計2“多態(tài)的概念運行時多態(tài)模板基本知識函數(shù)模板運行時多態(tài)編程技能重載與靜態(tài)聯(lián)編覆蓋與靜態(tài)聯(lián)編虛函數(shù)與動態(tài)聯(lián)編刨根問底C++語言程序設(shè)計3基本知識a10.1多態(tài)的概念多態(tài)（Polymorphism）是程序設(shè)計語言的一個重要特征。類比：不同的人對同一事件會做出不同的反應(yīng)多態(tài)性要求相同的標(biāo)識符（一般是函數(shù)名）在不同的場合使用時，表現(xiàn)出不同的行為或特性?！昂瘮?shù)重載”和“運算符重載”都是多態(tài)性的表現(xiàn)。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計中的多態(tài)性表現(xiàn)為以下3種形式：（1）重載多態(tài)：包括函數(shù)重載、運算符重載。（2）運行多態(tài)：通過基類的指針（或引用），調(diào)用不同派生類的同名函數(shù)，表現(xiàn)出不同的行為。（3）模板多態(tài)：即參數(shù)多態(tài)，通過一個模板得到不同的函數(shù)或不同的類。這些函數(shù)或者類具有不同的特性和不同的行為。C++語言程序設(shè)計410.1多態(tài)的概念聯(lián)編（Binding，也叫“綁定”）。如果主程序調(diào)用子程序的語句是多態(tài)性語句，那么在執(zhí)行調(diào)用之前，主程序必須得確定子程序的地址（或者說，確定調(diào)用哪個子程序），這個過程稱為聯(lián)編聯(lián)編有兩種方式：靜態(tài)聯(lián)編在源程序編譯的時候就能確定具有多態(tài)性的語句調(diào)用哪個函數(shù)動態(tài)聯(lián)編在程序運行時才能夠確定具有多態(tài)性的語句究竟調(diào)用哪個函數(shù)運行時多態(tài)C++語言程序設(shè)計510.1多態(tài)的概念C++語言程序設(shè)計6聯(lián)編與多態(tài)之間的關(guān)系10.2運行時多態(tài)#include<iostream>usingnamespacestd;classB{public:voidf(){cout<<"B"<<endl;}};classP:publicB{public:voidf(){cout<<"P"<<endl;}};classQ:publicB{public:voidf(){cout<<"Q"<<endl;}};voidmain(){B*b_ptr; Pp; Qq;b_ptr=&p;b_ptr->f();b_ptr=&q;b_ptr->f();}C++語言程序設(shè)計7運行結(jié)果：BB雖然基類指針指向了不同的派生類對象，但調(diào)用同名函數(shù)時依然是基類的函數(shù)10.2運行時多態(tài)C++語言程序設(shè)計8在同名覆蓋現(xiàn)象中，通過某個類的對象（對象指針、對象引用）調(diào)用同名函數(shù)，編譯器會將該調(diào)用靜態(tài)聯(lián)編到該類的同名函數(shù)。通過基類對象指針（引用）是無法訪問派生類的同名函數(shù)的，即便這個指針（引用）是使用派生類對象來初始化的。如何打破上面的限制，使得通過基類對象指針可以訪問派生類的同名函數(shù)？將基類中的同名函數(shù)定義為虛函數(shù)。編譯器無法在編譯時確定調(diào)用哪個同名函數(shù)，只有在程序運行的時候，才能確定被調(diào)函數(shù)，也就是需要動態(tài)聯(lián)編10.2運行時多態(tài)C++語言程序設(shè)計9虛函數(shù)virtual<返回值類型>函數(shù)名(參數(shù)表);基類中的同名函數(shù)聲明為虛函數(shù)后，派生類的同名函數(shù)（同返回值、同參數(shù)）無論是否用virtual關(guān)鍵字說明，都將自動成為虛函數(shù)。10.2運行時多態(tài)#include<iostream>usingnamespacestd;classB{public:virtualvoidf(){cout<<"B"<<endl;}};classP:publicB{public:voidf(){cout<<"P"<<endl;}};classQ:publicB{public:voidf(){cout<<"Q"<<endl;}};voidmain(){B*b_ptr; Pp; Qq;b_ptr=&p;b_ptr->f();b_ptr=&q;b_ptr->f();}C++語言程序設(shè)計10運行結(jié)果：PQ基類指針指向了不同的派生類對象，調(diào)用的同名函數(shù)是各對應(yīng)派生類的函數(shù)，而非基類的函數(shù)10.2運行時多態(tài)C++語言程序設(shè)計11要實現(xiàn)運行時的多態(tài)，需要以下條件：（1）必須通過指向基類對象的指針，訪問和基類成員函數(shù)同名的派生類成員函數(shù)?；蛘哂门缮悓ο蟪跏蓟幕悓ο蟮囊茫L問和基類成員函數(shù)同名的派生類成員函數(shù)。（2）派生類的繼承方式必須是公有繼承。（3）基類中的同名成員函數(shù)必須定義為虛函數(shù)。10.2運行時多態(tài)C++語言程序設(shè)計12使用虛函數(shù)時要遵循以下規(guī)則：（1）必須首先在基類中聲明虛函數(shù)。（2）基類和派生類的同名函數(shù)，函數(shù)名、返回值、參數(shù)表必須全部相同。（3）靜態(tài)成員函數(shù)不可以聲明為虛函數(shù)。構(gòu)造函數(shù)也不可以聲明為虛函數(shù)。（4）析構(gòu)函數(shù)可以聲明為虛函數(shù)，即可以定義虛析構(gòu)函數(shù)。（5）多層繼承中，最高層中聲明為虛函數(shù)的，后續(xù)層若定義了同名函數(shù)，則也是虛函數(shù)。這種關(guān)系不會因為中間層沒有定義這個函數(shù)而受到影響。10.2運行時多態(tài)#include<iostream>usingnamespacestd;classB{public:virtualvoidf(){cout<<"B"<<endl;}};classP:publicB{public:voidf(inta){cout<<"P"<<endl;}};classQ:publicB{public:voidf(){cout<<"Q"<<endl;}};voidmain(){B*b_ptr; Pp; Qq;b_ptr=&p;b_ptr->f(1);b_ptr=&q;b_ptr->f();}C++語言程序設(shè)計13基類和派生類的同名函數(shù)，函數(shù)名、返回值、參數(shù)表必須全部相同。錯誤10.2運行時多態(tài)#include<iostream>usingnamespacestd;classB{public:virtualvoidf(){cout<<"B"<<endl;}};classP:publicB{public:voidf(inta){cout<<"P"<<endl;}};classQ:publicP{public:voidf(){cout<<"Q"<<endl;}};voidmain(){B*b_ptr;

Qq;

b_ptr=&q;b_ptr->f();}C++語言程序設(shè)計14運行結(jié)果：Q多層繼承中，最高層中聲明為虛函數(shù)的，后續(xù)層若定義了同名函數(shù)，則也是虛函數(shù)。這種關(guān)系不會因為中間層沒有定義這個函數(shù)而受到影響。10.2運行時多態(tài)C++語言程序設(shè)計15普通的析構(gòu)函數(shù)：在創(chuàng)建派生類對象時，首先會調(diào)用基類的構(gòu)造函數(shù)，然后執(zhí)行派生類構(gòu)造函數(shù)。在釋放派生類對象時，將首先執(zhí)行派生類的析構(gòu)函數(shù)，再調(diào)用基類的析構(gòu)函數(shù)。如果使用new運算符動態(tài)創(chuàng)建派生類對象，并以此對象的地址初始化基類的指針創(chuàng)建過程不會有問題，仍然是先調(diào)用基類構(gòu)造函數(shù)，再執(zhí)行派生類構(gòu)造函數(shù)。在用delete運算符刪除派生類對象的時候，由于指針是指向基類的，通過靜態(tài)聯(lián)編，只會調(diào)用基類的析構(gòu)函數(shù)10.2運行時多態(tài)C++語言程序設(shè)計16虛析構(gòu)函數(shù)：將基類析構(gòu)函數(shù)設(shè)置為虛函數(shù)，則派生類的析構(gòu)函數(shù)自動均為虛函數(shù)使用new運算符動態(tài)創(chuàng)建派生類對象，并以此對象的地址初始化基類的指針創(chuàng)建仍然是先調(diào)用基類構(gòu)造函數(shù)，再執(zhí)行派生類構(gòu)造函數(shù)。在用delete運算符刪除派生類對象（基類指針）的時候，派生類先執(zhí)行自己的析構(gòu)函數(shù)，再調(diào)用基類的析構(gòu)函數(shù)10.2運行時多態(tài)#include<iostream>usingnamespacestd;classB{public:~B(){cout<<“~B"<<endl;}};classP:publicB{public:~P(){cout<<“~P"<<endl;}};voidmain(){B*b_ptr=newP;

deleteb_ptr;}C++語言程序設(shè)計17運行結(jié)果：~B僅僅執(zhí)行了基類的析構(gòu)函數(shù)。10.2運行時多態(tài)#include<iostream>usingnamespacestd;classB{public:virtual~B(){cout<<“~B"<<endl;}};classP:publicB{public:~P(){cout<<“~P"<<endl;}};voidmain(){B*b_ptr=newP;

deleteb_ptr;}C++語言程序設(shè)計18運行結(jié)果：~D~B基類中是虛析構(gòu)函數(shù)，所以釋放對象時先執(zhí)行派生類析構(gòu)函數(shù)，再執(zhí)行基類的析構(gòu)函數(shù)。10.2運行時多態(tài)C++語言程序設(shè)計19純虛函數(shù)：在C

++

中，對于那些在基類中不需要定義具體行為的函數(shù)，可以聲明為純虛函數(shù)。virtual<返回值類型>函數(shù)名(參數(shù)表)=0;純虛函數(shù)特點：（1）純虛函數(shù)一定是在基類中聲明的。（2）在多級繼承的情況下，純虛函數(shù)可以在各層類中聲明。（3）純虛函數(shù)是沒有函數(shù)體的，函數(shù)體用“=

0”來代替。（4）純虛函數(shù)不可以被調(diào)用。凡是需要被調(diào)用的函數(shù)都不可以聲明為純虛函數(shù)。10.2運行時多態(tài)C++語言程序設(shè)計20抽象類：凡是帶有一個或多個純虛函數(shù)的類，就是抽象類。抽象類的定義是基于純虛函數(shù)的。對于那些只是反映一類事物公共特性的類，在C

++

中可以定義為抽象類。抽象類特點：（1）抽象類不可以實例化（2）可以定義抽象類的指針和抽象類的引用。目的是通過這些指針或引用訪問派生類的虛函數(shù)，實現(xiàn)運行時的多態(tài)。這些指針和引用都只能用派生類對象來初始化。（3）如果抽象類的派生類中沒有具體實現(xiàn)純虛函數(shù)的功能，這樣的派生類仍然是抽象類。（4）抽象類中除了純虛函數(shù)外，還可以定義其他的非純虛函數(shù)。

10.3模

板C++語言程序設(shè)計21模板是C++

中的通用程序模塊。在這些程序模塊中，有一些數(shù)據(jù)類型是不具體的，或者說是抽象的。當(dāng)這些抽象的數(shù)據(jù)類型更換為不同的具體數(shù)據(jù)類型以后，就會產(chǎn)生一系列具體的程序模塊。這些抽象的數(shù)據(jù)類型稱為“參數(shù)化類型”（ParameterizedTypes）。C++

中的模板：函數(shù)模板：會產(chǎn)生一系列參數(shù)類型不同的函數(shù)，實例化后產(chǎn)生的函數(shù)，稱為模板函數(shù)類模板：會產(chǎn)生一系列不同參數(shù)的類，實例化后產(chǎn)生的類，稱為模板類。

10.3模

板C++語言程序設(shè)計22函數(shù)模版函數(shù)模板是函數(shù)重載概念的發(fā)展和延伸函數(shù)模板像是一個函數(shù)發(fā)生器，使用具體的數(shù)據(jù)類型取代模板中的參數(shù)化類型，即可得到一個個具體的函數(shù)。這種通過類型取代獲得的多態(tài)，屬于參數(shù)多態(tài)。template<typename參數(shù)化類型名>函數(shù)返回類型函數(shù)名(形式參數(shù)列表){

函數(shù)體

}template<typenameT>Tmax_value(Tx,Ty,Tz){Ttemp=x>y?x:y;returntemp>z?temp:z;}關(guān)鍵字“typename”可以用“class”取代

10.3模

板C++語言程序設(shè)計23//Main10.cpp#include<iostream>usingnamespacestd;template<typenameT>Tmax_value(Tx,Ty,Tz){

Ttemp=x>y?x:y;returntemp>z?temp:z;}intmain(){cout<<max_value(12,32,21)<<endl;//用整數(shù)作實參調(diào)用函數(shù)模板

cout<<max_value('a','A','9')<<endl; //用字符作實參調(diào)用函數(shù)模板

return0;}

10.3模

板C++語言程序設(shè)計24函數(shù)模版，參數(shù)化類型名可以不止一個#include<iostream>usingnamespacestd;template<typenameP1,typenameP2>P1cal(P1x,P2y){ //函數(shù)模板有兩個參數(shù)化類型名：P1和P2return(x*static_cast<P1>(y)); //按x的數(shù)據(jù)類型執(zhí)行乘法運算

}intmain(){unsignedshortw=230;shortz=150;cout<<cal(w,z)<<endl; //按無符號數(shù)相乘

cout<<cal(z,w)<<endl; //按有符號數(shù)相乘

}程序運行結(jié)果是：34500-31036

10.3模

板C++語言程序設(shè)計25帶有確定類型參數(shù)的函數(shù)模板函數(shù)模板的參數(shù)表中，一定要包含參數(shù)化類型名，但不一定只使用參數(shù)化類型名，還可以根據(jù)需要，使用確定類型的參數(shù)。template<classQ1> voidArrayInput(Q1array,intnum){cout<<"輸入"<<num<<"個"<<typeid(Q1).name()<<'\b'<<"型數(shù)據(jù)"<<endl;for(intj=0;j<num;j++)

cin>>array[j]; //輸入數(shù)組元素

}

10.3模

板C++語言程序設(shè)計26typeid運算符在程序運行時，顯示指定的數(shù)據(jù)的類型。 typeid(表達式).name()或typeid(類型標(biāo)識符).name()執(zhí)行的結(jié)果是返回“表達式”或者“類型標(biāo)識符”的類型名。

intnumber;floatfloatArray[4];intintArray[3];number=sizeof(floatArray)/sizeof(float);ArrayInput(floatArray,number); number=sizeof(intArray)/sizeof(int);ArrayInput(intArray,number);輸入4個float型數(shù)據(jù)1.12.23.34.4輸入3個int型數(shù)據(jù)

567typeid(floatArray).name()返回的是float*typeid(intArray).name()返回的是int*

10.3模

板C++語言程序設(shè)計27類模板template<class參數(shù)化類型名1,…,class參數(shù)化類型名n>class類名{

數(shù)據(jù)成員定義;

成員函數(shù)原型;};template<classT1,classT2>classMyClass{private:T1x;T2y;public:MyClass(T1a,T2b);voiddisplay();};

10.3模

板C++語言程序設(shè)計28intmain(){MyClass<int,float>Obj1(6,6.6);Obj1.display();MyClass<char,char*>Obj2('x',"Astring");Obj2.display();}template<classT1,classT2>MyClass<T1,T2>::MyClass(T1a,T2b){x=a;y=b;}template<classT1,classT2>voidMyClass<T1,T2>::display(){cout<<x<<endl;cout<<y<<endl;}

10.3模

板C++語言程序設(shè)計29帶有確定類型參數(shù)的類模板

template<classT,inti>classMyStackMyStack<int,5>Obj1;在類模板實例化和聲明對象時，參數(shù)i用具體的整型值來代替C++語言程序設(shè)計編程技能b30（一）函數(shù)模板C++語言程序設(shè)計31用戶定義的類取代參數(shù)化類型template<typenameT>Tmax_value(Tx,Ty,Tz){

Ttemp;if(x>y)temp=x;elsetemp=y;if(z>temp)temp=z;returntemp;}classCircle{public:

friendostream&operator<<(ostream&,Circle&);Circle(inta=0,intb=0,doublec=0.0)

{x=a;y=b;radius=c;

}intoperator>(Circlem2){ if(radius>m2.radius)return1;

elsereturn0;}private:intx,y; //圓心坐標(biāo)

doubleradius; //圓半徑

}; （一）函數(shù)模板C++語言程序設(shè)計32用戶定義的類取代參數(shù)化類型ostream&operator<<(ostream&out,Circle&C1){out<<"x="<<C1.x<<"y="<<C1.y;out<<"radius="<<C1.radius;returnout;}intmain(){CircleC1(2,3,5),C2(3,5,8),C3(3,2,6);

cout<<max_value(12,32,21)<<endl;

cout<<max_value('a','A','9')<<endl;

cout<<max_value(C1,C2,C3)<<endl;}（一）函數(shù)模板C++語言程序設(shè)計33函數(shù)模板不支持參數(shù)自動轉(zhuǎn)換定義：

intadd(inta,intb);由于參數(shù)可以自動轉(zhuǎn)換，以下函數(shù)調(diào)用都是合法的：add(2.5,4.4);add('a','d');add('a',18);定義：template<typenameT>Tmax_value(Tx,Ty,Tz);以下函數(shù)調(diào)用是錯誤的：max_value(12,3.2,21);（一）函數(shù)模板C++語言程序設(shè)計34重載函數(shù)模板同時如下定義，構(gòu)成重載：

intadd(inta,intb,intc);template<typenameT>Tmax_value(Tx,Ty,Tz);重載函數(shù)模板的匹配過程是按照以下順序來進行的：（1）尋找函數(shù)名和參數(shù)能準(zhǔn)確匹配的非模板函數(shù)。（2）如果沒有找到，選擇參數(shù)可以匹配的函數(shù)模板。（3）如果還不成功，通過參數(shù)自動轉(zhuǎn)換，選擇非模板函數(shù)。(二)運行時多態(tài)C++語言程序設(shè)計35運行時多態(tài)有什么用？pB->Draw();同一條語句，但每次調(diào)用執(zhí)行的可能都是不同的函數(shù)：

增加了程序的可擴展性和可維護性(二)運行時多態(tài)C++語言程序設(shè)計36注意虛析構(gòu)函數(shù)的作用

派生類堆對象的地址存儲到基類指針中，delete操作時，若需要執(zhí)行派生類的析構(gòu)函數(shù)，則必須設(shè)置為虛析構(gòu)函數(shù)刨根問底cC++語言程序設(shè)計37（I）

重載與靜態(tài)聯(lián)編C++語言程序設(shè)計38函數(shù)重載：編譯器根據(jù)函數(shù)的參數(shù)能夠確定每次調(diào)用哪個函數(shù)intadd(inta){returna+10;}intadd(inta,intb){returna+b;}intmain(){intx=1,y=2;add(x);add(x,y);return0;}經(jīng)過編譯器處理之后，同名的函數(shù)變成了不同地址的子程序?qū)ν瘮?shù)的調(diào)用變成了對不同地址子程序的調(diào)用這個轉(zhuǎn)變過程是由編譯器完成的編譯器分辨出了同名函數(shù)的不同之處。屬于靜態(tài)聯(lián)編（II）

覆蓋與靜態(tài)聯(lián)編C++語言程序設(shè)計39函數(shù)覆蓋：只出現(xiàn)在繼承樹中在派生類中定義和基類中同名的成員函數(shù)，是對基類進行改造，為派生類增加新行為的一種常用的方法。通過不同的派生類的對象（對象指針或者對象引用），調(diào)用這些同名的成員函數(shù)，實現(xiàn)不同的操作，也是多態(tài)性的一種表現(xiàn)。被派生類覆蓋的函數(shù)是否是虛函數(shù)：是虛函數(shù)——動態(tài)聯(lián)編不是