C清华大学出版社第四版课件第八章.ppt

1 第八章 多态性 东华理工大学信息工程学院 C+语言程序设计 C+语言程序设计 ECIT CoIE 2 本章主要内容 l多态性 l运算符重载 l虚函数 l纯虚函数 l抽象类 l深度探索 C+语言程序设计 ECIT CoIE 3 多态性的概念 l多态性是面向对象程序设计的重要特 征之一。 l多态性是指发出同样的消息被不同类 型的对象接收时有可能导致完全不同 的行为。 l多态的实现： 函数重载 运算符重载 虚函数 C+语言程序设计 ECIT CoIE 4 问题举例复数的运算 class Complex /复数类声明 public: Complex(double r = 0.0,double i = 0.0) real = r; imag=i; void display() const;/显示复数的值 private: double real; double imag; ; 运算符重载 C+语言程序设计 ECIT CoIE 5 问题举例复数的运算 l用“+”、“-”能够实现复数的加减运算 吗？ l实现复数加减运算的方法 重载“+”、“-”运算符 运算符重载 C+语言程序设计 ECIT CoIE 6 运算符重载的实质 l运算符重载是对已有的运算符赋予多重含义 l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） l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。 运算符重载 C+语言程序设计 ECIT CoIE 7 运算符重载 规则和限制 l可以重载C+中除下列运算符外的所 有运算符： . .* : ?: l只能重载C+语言中已有的运算符， 不可臆造新的。 l不改变原运算符的优先级和结合性。 l不能改变操作数个数。 l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。 C+语言程序设计 ECIT CoIE 8 两种形式 l重载为类的非静态成员函数 l重载为非成员函数 运算符重载 C+语言程序设计 ECIT CoIE 9 运算符函数 l声明形式 函数类型 operator 运算符（形参） l重载为类成员函数时 参数个数=原操作数个数-1 （后置+、-除外 ） l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。 运算符重载 C+语言程序设计 ECIT CoIE 10 运算符成员函数的设计 l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，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) 运算符重载 C+语言程序设计 ECIT CoIE 11 运算符重载 例 8-1 将“+”、“-”运算重载为复数类 的成员函数。 l 规则: 实部和虚部分别相加减。 l 操作数: 两个操作数都是复数类的对象。 #include using namespace std; class Complex /复数类定义 public:/外部接口 Complex(double r = 0.0, double i = 0.0) : real(r), imag(i) /构造函数 Complex operator + (const Complex /运算符+重载成员函数 Complex operator - (const Complex /运算符-重载成员函数 void display() const;/输出复数 private:/私有数据成员 double real;/复数实部 double imag;/复数虚部 ; 12 Complex Complex:operator + (const Complex /创建一个临时无名对象作为返回值 Complex Complex:operator - (const Complex /创建一个临时无名对象作为返回值 13 void Complex:display() const cout using namespace std; class Clock /时钟类声明定义 public:/外部接口 Clock(int hour = 0, int minute = 0, int second = 0); void showTime() const; Clock /前置单目运算符重 载 Clock operator + (int);/后置单目运算符 重载 private:/私有数据成员 int hour, minute, second; ; 19 /前置单目运算符重载函数 Clock if (second = 60) second -= 60; minute+; if (minute = 60) minute -= 60; hour = (hour + 1) % 24; return *this; 20 /后置单目运算符重载 Clock Clock:operator + (int) /注意形参表中的整型参数 Clock old = *this; +(*this);/调用前置“+”运算符 return old; 21 /其它成员函数的实现略 int main() Clock myClock(23, 59, 59); cout using namespace std; class Complex /复数类定义 public:/外部接口 Complex(double r = 0.0, double i = 0.0) : real(r), imag(i) /构造函数 friend Complex operator + (const Complex /运算符+重载 friend Complex operator - (const Complex /运算符-重载 friend ostream class Point public: Point(double x, double y) : x(x), y(y) double area() const return 0.0; private: double x, y; ; class Rectangle: public Point public: Rectangle(double x, double y, double w, double h); double area() const return w * h; private: double w, h; ; 静态绑定例 30 Rectangle:Rectangle(double x, double y, double w, double h) :Point(x, y), w(w), h(h) void fun(const Point class Point public: Point(double x, double y) : x(x), y(y) virtual double area() const return 0.0; private: double x, y; ; class Rectangle:public Point public: Rectangle(double x, double y, double w, double h); virtual double area() const return w * h; private: double w, h; ; /其他函数同上例 动态绑定例 32 void fun(const Point class Base1 /基类Base1定义 public: virtual void display() const; /虚函数 ; void Base1:display() const cout display();/“对象指针-成员名“ 36 int main() /主函数 Base1 base1;/定义Base1类对象 Base2 base2;/定义Base2类对象 Derived derived;/定义Derived类对象 fun(/用Base1对象的指针调用fun函数 fun(/用Base2对象的指针调用fun函数 fun( /用Derived对象的指针调用fun函数 return 0; 运行结果： Base1:display() Base2:display() Derived:display() 37 C+语言程序设计 ECIT CoIE 38 虚析构函数 为什么需要虚析构函数？ l可能通过基类指针删除派生类对象； l如果你打算允许其他人通过基类指针 调用对象的析构函数（通过delete这 样做是正常的），就需要让基类的析 构函数成为虚函数，否则执行delete 的结果是不确定的。 虚 函 数 C+语言程序设计 ECIT CoIE 39 抽象类 带有纯虚函数的类称为抽象类: class 类名 virtual 类型 函数名(参数表)=0; /纯虚函数 . 纯虚函数与抽象类 C+语言程序设计 ECIT CoIE 40 抽象类 纯虚函数与抽象类 l作用 抽象类为抽象和设计的目的而声明，将有关的数 据和行为组织在一个继承层次结构中，保证派生 类具有要求的行为。 对于暂时无法实现的函数，可以声明为纯虚函数 ，留给派生类去实现。 l注意 抽象类只能作为基类来使用。 不能声明抽象类的对象。 构造函数不能是虚函数，析构函数可以是虚函数 。 C+语言程序设计 ECIT CoIE 41 例 8-5 纯虚函数与抽象类 #include using namespace std; class Base1 /基类Base1定义 public: virtual void display() const = 0;/纯虚函数 ; class Base2: public Base1 /公有派生类Base2定义 public: void display() const /覆盖基类的虚函数 cout display();/“对象指针-成员名“ int main() /主函数 Base2 base2; /定义Base2类对象 Derived derived;/定义Derived类对象 fun( /用Base2对象的指针调用fun函数 fun(/用Derived对象的指针调用fun函 数 return 0; 运行结果： Base2:display() Derived:display( ) 42 C+语言程序设计 ECIT CoIE 多态类型与非多态类型 l多态类型与非多态类型 有虚函数的类类型称为多态类型 其它类型皆为非多态类型 l二者的差异 语言层面的差异 l多态类型支持运行时类型识别 l多态类型对象占用额外的空间 设计原则上的差异 43 深 度 探 索 C+语言程序设计 ECIT CoIE 设计原则 l多态类型 多态类型的析构函数一般应为虚函数 l非多态类型 非多态类型不宜作为公共基类 l由于没有利用动态多态性，一般可以用组合，而 无需用共有继承； l如果继承，则由于析构函数不是虚函数，删除对 象时所执行操作与指针类型有关，易引起混乱。 把不需被继承的类型设定为非多态类型 l由于成员函数都是静态绑定，调用速度较快； l对象占用空间较小。 44 深 度 探 索 C+语言程序设计 ECIT CoIE 运行时类型识别 l运行时类型识别 允许在运行时通过基类指针（或引用）辨别 对象所属的具体派生类； 只对多态类型适用； 比虚函数动态绑定的开销更大，因此应仅对 虚函数无法解决的问题使用。 l运行时类型识别的方式 用dynamic_cast做类型转换的尝试； 用typeid直接获取类型信息。 45 深 度 探 索 C+语言程序设计 ECIT CoIE dynamic_cast的使用 l语法形式 dynamic_cast(表达式) l功能 将基类指针转换为派生类指针，将基类引用 转换为派生类引用； 转换是有条件的 l如果指针（或引用）所指对象的实际类型与转换 的目的类型兼容，则转换成功进行； l否则如执行的是指针类型的转换，则得到空指针 ；如执行的是引用类型的转换，则抛出异常。 46 深 度 探 索 C+语言程序设计 ECIT CoIE 例8-9 dynamic_cast示例 #include using namespace std; class Base public: virtual void fun1() cout fun1(); /尝试将b转换为Derived1指针 Derived1 *d = dynamic_cast(b); /判断转换是否成功 if (d != 0) d-fun2(); int main() Base b; fun( Derived1 d1; fun( Derived2 d2; fun( return 0; 运行结果： Base:fun1() Derived1:fun1() Derived1:fun2() Derived2:fun1() Derived2:fun2() 48 C+语言程序设计 ECIT CoIE typeid的使用 l语法形式 typeid ( 表达式 ) typeid ( 类型说明符 ) l功能 获得表达式或类型说明符的类型信息 l表达式有多态类型时，会被求值，并得到动态类型信息 ； l否则，表达式不被求值，只能得到静态的类型信息。 类型信息用type_info对象表示 ltype_info是typeinfo头文件中声明的类； ltypeid的结果是type_info类型的常引用； l可以用type_info的重载的“=”、“!=”操作符比较两类型 的异同； ltype_info的name成员函数返回类型名称，类型为 const char *。 49 深 度 探 索 C+语言程序设计 ECIT CoIE 例8-10 typeid示例 #include #include using namespace std; class Base public: virtual Base() ; class Derived: public Base ; 50 深 度 探 索 void fun(Base *b) /得到表示b和*b类型信息的对象 const type_info const type_info cout “typeid(b): “ () endl; cout “typeid(*b): “ () endl; if (info2 = typeid(Base) /判断*b是否为Base类型 cout “A base class!“ endl; int main() Base b; fun( Derived d; fun( return 0; 运行结果： typeid(b): class Base * typeid(*b): class Base A base class! typeid(b): class Base * typeid(*b): class Derived 51 C+语言程序设计 ECIT CoIE 虚函数动态绑定的实现原理 l动态选择被执行的函数 函数的调用，需要通过函数代码的入口地址 把函数入口地址作为变量，在不同情况下赋予不同的值 ，通过该变量调用函数，就可动态选择被执行的函数 l回顾：第6章介绍的函数指针、指向成员函