结合学习改进教学

第8章 多态性,面向对象程序设计,本章主要内容,多态性运算符重载虚函数纯虚函数和抽象类,2,8.1 多态性概述,多态性的概念,多态性是面向对象程序设计的重要特征之一多态性是指：发出同样的消息，被不同类型的对象接收时，导致完全不同的行为。消息主要指对类的成员函数的调用。多态的实现：函数重载运算符重载虚函数,静态：编译时的多态, 动态：运行时的多态,3,8.1 多态性概述,绑定（binding）,绑定(binding):是指计算机程序自身彼此关联的过程，也就是把一个标识符名和一个存储地址联系在一起的过程，就是把一条消息和一个对象的方法相结合的过程。静态绑定(static binding)：绑定工作在编译连接阶段完成。如：重载、强制和参数多态动态绑定/晚期绑定(dynamic binding / late binding)： 绑定在程序运行阶段完成！,4,8.1 多态性概述,本章主要内容,多态性运算符重载虚函数纯虚函数和抽象类,5,8.2 运算符重载,class Complex/复数类声明public:Complex(double r = 0.0, double i = 0.0):real(r), imag(i) /构造函数void display();/显示复数的值private:double real;double imag;,问题举例复数的运算,运算符重载,6,8.2 运算符重载,问题举例复数的运算,用“+”、“-”能够实现复数的加减运算吗？实现复数加减运算的方法 重载“+”、“-”运算符,7,8.2 运算符重载,运算符重载的实质,运算符重载：对已有的运算符赋予多重含义必要性C+中预定义的运算符其运算对象只能是基本数据类型，而不适用于用户自定义类型（如类）实现机制将指定的运算表达式转化为对运算符函数的调用，运算对象转化为运算符函数的实参。编译系统对重载运算符的选择，遵循函数重载的选择原则。实质：只是一种“语法上的方便”，即：只是另外一种函数的调用形式。,8,8.2 运算符重载,规则和限制,可以重载C+中除下列运算符外的所有运算符： . .* : ?:只能重载C+语言中已有的运算符，不可臆造新的。不改变原运算符的优先级和结合性。不能改变操作数个数。经重载的运算符，其操作数中至少应该有一个是自定义类型。,9,8.2.1 运算符重载的规则,两种形式,重载为类成员函数。重载为非成员函数（为了访问类中的私有变量，一般可以声明为类的友元函数）。,10,8.2.1 运算符重载的规则,语法形式,声明形式重载为类成员函数时 参数个数 = 原操作数个数 - 1（后置+、-除外）重载为非成员函数时 参数个数 = 原操作数个数且至少应该有一个自定义类型的形参。,11,返回类型 operator 运算符（形参） .,例：Complex operator + (const Complex ,8.2.1 运算符重载的规则,运算符成员函数的设计,双目运算符 B如果要重载 B 为类成员函数，使之能够实现表达式： oprd1 B oprd2 (例如：m+n) 其中：oprd1 为A 类对象，则 B 应被重载为 A 类的成员函数，形参类型应该是 oprd2 所属的类型。经重载后，表达式 oprd1 B oprd2 相当于 oprd1.operator B(oprd2),12,8.2.2 运算符重载为成员函数,例 8.1,将“+”、“-”运算重载为复数类的成员函数。 规则:实部和虚部分别相加减。 操作数:两个操作数都是复数类的对象。,13,8_1,8.2.2 运算符重载为成员函数,#includeusing namespace std;class Complex/复数类声明public:Complex(double r=0.0,double i=0.0) : real(r), imag(i) /构造函数Complex operator + (const Complex ,14,8.2.2 运算符重载为成员函数,Complex Complex:operator + (const Complex ,Complex Complex:operator (const Complex ,15,创建对象c，调用其构造函数；调用复制构造函数c在其作用域结束时调用析构函数并被销毁,返回临时对象：直接将对象创建在外部返回值的内存单元，不再创建临时对象。,8.2.2 运算符重载为成员函数,void Complex:display() cout(real,imag)endl; int main() Complex c1(5,4),c2(2,10),c3; coutc1=; c1.display();coutc2=; c2.display();c3=c1-c2;/使用重载运算符完成复数减法coutc3=c1-c2=;c3.display();c3=c1+c2;/使用重载运算符完成复数加法coutc3=c1+c2=;c3.display();return 0;,程序输出的结果为：c1=(5,4)c2=(2,10)c3=c1-c2=(3,-6)c3=c1+c2=(7,14),16,8.2.2 运算符重载为成员函数,运算符成员函数的设计,前置单目运算符 U如果要重载 U 为类成员函数，使之能够实现表达式 ： U oprd (例如：+m) 其中 oprd 为A类对象，则 U 应被重载为 A 类的成员函数，无形参。经重载后：表达式 U oprd 相当于 oprd.operator U(),17,8.2.2 运算符重载为成员函数,运算符成员函数的设计,后置单目运算符 +和-如果要重载 +或-为类成员函数，使之能够实现表达式 ：oprd+ 或 oprd 其中 oprd 为A类对象，则 +或- 应被重载为 A 类的成员函数，且具有一个 int 类型形参。经重载后，表达式 oprd+ 相当于 oprd.operator +(0),18,8.2.2 运算符重载为成员函数,例8.2,运算符前置+和后置+重载为时钟类的成员函数。前置单目运算符，重载函数没有形参;对于后置单目运算符，重载函数需要有一个整型形参。操作数是时钟类的对象。实现时间增加1秒钟。,19,8_2,8.2.2 运算符重载为成员函数,#includeusing namespace std;class Clock /时钟类声明public:Clock(int h = 0, int m = 0, int s = 0);void showTime() const;Clock ,20,8.2.2 运算符重载为成员函数,Clock ,21,8.2.2 运算符重载为成员函数,Clock Clock:operator +(int) /后置单目运算符重载Clock old = *this;+(*this);return old;,int main()Clock myClock(23,59,59);coutFirst time output:;myClock.showTime();coutmyClock+: ;(myClock+).showTime();cout+myClock: ;(+myClock).showTime();return 0; ,程序运行结果为：First time output: 23:59:59myClock+: 23:59:59+myClock: 0:0:1,22,8.2.2 运算符重载为成员函数,运算符重载为非成员函数,如果需要重载一个运算符，使之能够用于操作某类对象的私有成员，可以此将运算符重载为该类的友元函数。函数的形参代表依自左至右次序排列的各操作数。后置单目运算符 +和-的重载函数，形参列表中要增加一个int，但不必写形参名。,23,8.2.3 运算符重载为非成员函数,运算符重载为非成员函数,双目运算符 B重载后，表达式：oprd1 B oprd2 等同于operator B(oprd1,oprd2 )前置单目运算符 B重载后，表达式 ：B oprd 等同于operator B(oprd )后置单目运算符 +和-重载后，表达式 ： oprd B 等同于operator B(oprd, 0),24,8.2.3 运算符重载为非成员函数,例8-3,将+、-（双目）重载为复数类的友元函数。两个操作数都是复数类的对象。,25,8_3,8.2.3 运算符重载为非成员函数,#includeusing namespace std; class Complex /复数类声明public:Complex(double r=0.0, double i=0.0):real(r), imag(i)friend Complex operator + (const Complex ,26,8.2.3 运算符重载为非成员函数,Complex operator + (const Complex ,27,8.2.3 运算符重载为非成员函数,28,int main() Complex c1(5,4),c2(2,10),c3; coutc1= c1 endl;coutc2= c2 endl;c3=c1-c2;/使用重载运算符完成复数减法coutc3=c1-c2= c3 endl;c3=c1+c2;/使用重载运算符完成复数加法coutc3=c1+c2= c3 endl;return 0;,程序输出的结果为：c1= (5, 4)c2= (2, 10)c3=c1-c2= (3, -6)c3=c1+c2= (7, 14),8.2.3 运算符重载为非成员函数,本章主要内容,多态性运算符重载虚函数纯虚函数和抽象类,29,8.3 虚函数,#includeusing namespace std; class Pointpublic:Point(double i, double j) x=i; y=j;double getArea() const return 0.0;private:double x, y;class Rectangle: public Pointpublic:Rectangle(double i, double j, double k, double l);double getArea() const return w*h;private:double w, h;,静态绑定,30,8_4,8.3 虚函数,Rectangle:Rectangle(double i, double j , double k, double l) :Point(i,j), w(k), h(l)void fun(Point ,运行结果：Area=0Area=0,31,8.3 虚函数,动态绑定,#includeusing namespace std; class Pointpublic:Point(double i, double j) x=i; y=j;virtual double getArea() const return 0.0;private:double x, y;class Rectangle: public Point public:Rectangle(double i, double j, double k, double l);virtual double getArea() const return w*h;private:double w, h;,32,8_4_1,8.3 虚函数,Rectangle:Rectangle(double i, double j , double k, double l) :Point(i,j),w(k),h(l)void fun(Point ,运行结果：Area=375Area=375,33,8.3 虚函数,虚函数,虚函数是动态绑定的基础。是非静态的成员函数。在类的声明中，在函数原型前加virtualvirtual 只用来说明类声明中的原型，不能用在函数实现时。具有继承性，基类中声明了虚函数，派生类中无论是否说明，同原型函数都自动为虚函数。本质：是覆盖。调用方式：通过基类指针或引用，执行时会根据指针指向的对象的类，决定调用哪个函数。,34,8.3.1 一般虚函数成员,例 8.4,#includeusing namespace std; class Base1 /基类Base1声明public:virtual void display() const; /虚成员函数;void Base1:display() constcoutBase1:display()endl;,35,8_4_2,8.3.1 一般虚函数成员,class Base2: public Base1/公有派生public: void display() const; /覆盖基类虚函数 ;void Base2:display() const coutBase2:display()endl; class Derived: public Base2 /公有派生public: void display() const;void Derived:display() const coutDerived :display()display(); int main() /主函数Base1 b1, *p; /声明基类对象和指针Base2 b2; /声明派生类对象Derived d1; /声明派生类对象p = ,程序的运行结果为：Base1:display()Base2:display()Derived :display(),37,8.3.1 一般虚函数成员,关于虚函数的说明,38,一个函数一旦被说明为虚函数，则无论说明它的类被继承了多少层，在每一层派生类中该函数都保持virtual特性。因此，在派生类中重新定义该函数时，可以不再需要关键字virtual。但习惯上，为了提高程序的可读性，常常在每层派生类中，都重复地使用virtual关键字。,8.3.1 一般虚函数成员,关于虚函数的说明（续）,39,当在基类中把成员函数定义为虚函数后，在 其派生类中定义的虚函数，必须与基类中的虚 函数同名，参数的类型、顺序、个数必须一一对应。实现这种动态的多态性，必须使用基类类型 的指针变量或引用，使该指针指向不同的派生类的对象，并通过调用指针所指的虚函数才能实现动态的多态性。,8.3.1 一般虚函数成员,虚函数的限制,（1）只有类的成员函数才能说明为虚函数，因为虚函数仅适用于继承关系的类对象，所以普通函数不能说明为虚函数。（2）一般内联函数不应是虚函数，因为内联函数是在编译时决定其位置。（3）构造函数不能是虚函数。（4）析构函数可以是虚函数。实现运行时多态的同时，保证使用基类类型的指针，就可以调用适当的析构函数，以便针对不同的对象进行清理工作。,40,8.3.1 一般虚函数成员 8.3.2 虚析构函数,41,class Base public:Base();Base:Base() cout Base destructorn;class Derived: public Base public:Derived();Derived();private:int *i_pointer;,p319-321，例8-5,8.3.2 虚析构函数,42,Derived:Derived()i_pointer = new int(0); Derived:Derived() cout构造型来表示。,44,8.4.1 纯虚函数,抽象类,带有纯虚函数的类，称为抽象类。