高级程序语言设计第八章

1、第八章第八章 多态性多态性C+语言程序设计本章主要内容本章主要内容l多态性多态性l运算符重载运算符重载l虚函数虚函数l纯虚函数纯虚函数l抽象类抽象类多态性的概念多态性的概念l多态性是面向对象程序设计的重要特征多态性是面向对象程序设计的重要特征之一。之一。l多态性是指发出同样的多态性是指发出同样的消息消息被不同类型被不同类型的对象接收时有可能导致完全的对象接收时有可能导致完全不同的行不同的行为（调用了不同的函数）为（调用了不同的函数）。l消息：对类的成员函数的调用。消息：对类的成员函数的调用。l多态的类型：多态的类型：（1）专用多态：）专用多态： 重载多态：重载多态：普通函数及类的成员函数重载，

2、运算符重载。普通函数及类的成员函数重载，运算符重载。 强制多态：强制多态：指将一个变元的类型加以变化，以符合一个指将一个变元的类型加以变化，以符合一个函数或操作的需求。函数或操作的需求。 例如：加法运算符在进行浮点数与整型数相加时，首先例如：加法运算符在进行浮点数与整型数相加时，首先进行类型强制转换，把整型数变为浮点数再相加，就是强进行类型强制转换，把整型数变为浮点数再相加，就是强制多态。制多态。 (2)通用多态：通用多态： 包含多态包含多态：类族中定义于不同类中的同名成员函数的多类族中定义于不同类中的同名成员函数的多态行为，通过虚函数实现态行为，通过虚函数实现 参数多态：参数多态：与类模板相

3、关联，在使用时必须赋予实际的参与类模板相关联，在使用时必须赋予实际的参数才可以实例化，这样，由类模板实例化的各个类都具有数才可以实例化，这样，由类模板实例化的各个类都具有相同的操作，而操作对象的类型却各不相同。相同的操作，而操作对象的类型却各不相同。多态的实现多态的实现l1、编译时的多态：、编译时的多态： 在编译的过程中确定了同名操作的具体在编译的过程中确定了同名操作的具体操作对象。操作对象。2、运行时的多态：在程序运行过程中才动、运行时的多态：在程序运行过程中才动态确定操作所针对的具体对象（绑定）态确定操作所针对的具体对象（绑定）3、“绑定绑定”概念：计算机程序自身彼此关概念：计算机程序自身

4、彼此关联的过程，就是把一个标识符和一个存储联的过程，就是把一个标识符和一个存储地址联系在一起的过程；就是把一条消息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和一个对象的方法相结合的过程多态的实现多态的实现l4、静态绑定：绑定工作在编译连接、静态绑定：绑定工作在编译连接阶段完成的情况。阶段完成的情况。l例如重载、强制的参数多态。例如重载、强制的参数多态。l5、动态绑定：绑定工作在程序运行、动态绑定：绑定工作在程序运行阶段完成。例如包含多态。阶段完成。例如包含多态。l本章主要讲解运算符重载和虚函数。本章主要讲解运算符重载和虚函数。运算符重载运算符重载问题举例问题举例复数的运算

5、复数的运算class complex/复数类声明复数类声明public:complex(double r=0.0,double i=0.0) /构造函数构造函数 real=r; imag=i; void display();/显示复数的值显示复数的值private:double real;double imag;问题举例问题举例复数的运算复数的运算l用用“+”、“-”能够实现复数的加减运能够实现复数的加减运算吗？算吗？l实现复数加减运算的方法实现复数加减运算的方法 重载重载“+”、“-”运算符运算符运算符重载运算符重载的实质运算符重载的实质l运算符重载是对已有的运算符赋予多重含运算符重载是对已

6、有的运算符赋予多重含义义l必要性必要性 C+中预定义的运算符其运算对象只能是基本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）数据类型，而不适用于用户自定义类型（如类）l实现机制实现机制 将指定的运算表达式转化为对运算符函数的调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。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，遵循函数重载编译系统对重载运算符的选择，遵循函数重载的选择原则。的选择原则。规则和限制规则和限制l可以重载可以重载C+中除下列运算符外的所有运算符：中除下列运算符外的所有运算符：. （类属关系运算符

7、）（类属关系运算符） .* （成员指针运算符）（成员指针运算符） : （作用域分辨符）（作用域分辨符） ?: （三目运算符）（三目运算符）l只能重载只能重载C+语言中已有的运算符，不可臆造新语言中已有的运算符，不可臆造新的。的。l不改变原运算符的优先级和结合性。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。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。自定义类型。两种形式两种形式l重载为类成员函数。重载为类成员函数。l重载为友元函数。重载为友元函数。运算符重载运算符函数运算符函数l声明形式声明形式函数类型函数类型

8、operator 运算符（形参）运算符（形参） .l重载为类成员函数时重载为类成员函数时 参数个数参数个数=原操作数个数原操作数个数-1 （后置（后置+、-除外）除外）l重载为友元函数时重载为友元函数时 参数个数参数个数=原操作数个数，原操作数个数，且至少应该有一个自定义类型的形参。且至少应该有一个自定义类型的形参。运算符成员函数的设计运算符成员函数的设计l双目运算符双目运算符 B 如果要重载如果要重载 B 为类成员函数，使之能够实为类成员函数，使之能够实现表达式现表达式 oprd1 B oprd2，其中，其中 oprd1 为为A 类对象，则类对象，则 B 应被重载为应被重载为 A 类的成员函

9、类的成员函数，形参类型应该是数，形参类型应该是 oprd2 所属的类型。所属的类型。 经重载后，表达式经重载后，表达式 oprd1 B oprd2 相当于相当于 oprd1.operator B(oprd2)运算符重载 例例 8-1 将将“+”+”、“-”-”运算重载为复数类运算重载为复数类的成员函数。的成员函数。l 规则规则: 实部和虚部分别相加减。实部和虚部分别相加减。l 操作数操作数: 两个操作数都是复数类的对象。两个操作数都是复数类的对象。#includeusing namespace std;class complex/复数类声明复数类声明public:/外部接口外部接口comple

10、x(double r=0.0,double i=0.0)real=r;imag=i; /构造函数构造函数complex operator + (complex c2); /+重载为成员函数重载为成员函数complex operator - (complex c2); /-重载为成员函数重载为成员函数void display(); /输出复数输出复数private:/私有数据成员私有数据成员double real;/复数实部复数实部double imag;/复数虚部复数虚部;15complex complex:operator +(complex c2) /重载函数实现重载函数实现complex

11、 c;c.real=c2.real+real;c.imag=c2.imag+imag;return complex(c.real,c.imag);16complex complex:operator -(complex c2) /重载函数实现重载函数实现complex c;c.real=real-c2.real;c.imag=imag-c2.imag;return complex(c.real,c.imag);17void complex:display() cout(real,imag)endl; int main() /主函数主函数 complex c1(5,4),c2(2,10),c3;

12、 /声明复数类的对象声明复数类的对象coutc1=; c1.display();coutc2=; c2.display();c3=c1-c2;/使用重载运算符完成复数减法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使用重载运算符完成复数加法coutc3=c1+c2=;c3.display();18程序输出的结果为：程序输出的结果为：c1=(5,4)c2=(2,10)c3=c1-c2=(3,-6)c3=c1+c2=(7,14)19运算符成员函数的设计运算符成员函数的设计l前置单目运算符前置单目运算符 U 如果要重载

13、 U 为类成员函数，使之能够实现表达式 U oprd，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()运算符重载运算符成员函数的设计运算符成员函数的设计l后置单目运算符后置单目运算符 +和和- 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)运算符重载例例8-2l运算符前置运算符前置+和

14、后置和后置+重载为时钟类重载为时钟类的成员函数。的成员函数。l前置单目运算符，重载函数没有形参，前置单目运算符，重载函数没有形参，对于后置单目运算符，重载函数需要对于后置单目运算符，重载函数需要有一个整型形参。有一个整型形参。l操作数是时钟类的对象。操作数是时钟类的对象。l实现时间增加实现时间增加1秒钟。秒钟。运算符重载/8_2.cpp#includeusing namespace std;class Clock /时钟类声明时钟类声明 public:/外部接口外部接口 Clock(int NewH=0, int NewM=0, int NewS=0); void ShowTime(); Cl

15、ock& operator +(); /前置单目运算符重载前置单目运算符重载 Clock operator +(int); /后置单目运算符重后置单目运算符重载载 private:/私有数据成员私有数据成员 int Hour,Minute,Second;23Clock& Clock:operator +() /前置单目运算符重载函数前置单目运算符重载函数 Second+;if(Second=60) Second=Second-60; Minute+; if(Minute=60) Minute=Minute-60; Hour+; Hour=Hour%24; return *this;24/后置单

16、目运算符重载后置单目运算符重载Clock Clock:operator +(int)/注意形参表中的整型参数注意形参表中的整型参数 Clock old=*this; +(*this); return old;25/其它成员函数的实现略其它成员函数的实现略int main()Clock myClock(23,59,59);coutFirst time output:;myClock.ShowTime(); coutShow myClock+:; (myClock+).ShowTime(); coutShow +myClock:;(+myClock).ShowTime();26程序运行结果为：程序

17、运行结果为：First time output: 23:59:59Show myClock+: 23:59:59Show +myClock: 0:0:127运算符友元函数的设计运算符友元函数的设计l如果需要重载一个运算符，使之能够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。此将运算符重载为该类的友元函数。l函数的形参代表依自左至右次序排列函数的形参代表依自左至右次序排列的各操作数。的各操作数。l后置单目运算符后置单目运算符 +和和-的重载函数，的重载函数，形参列表中要增加一个形参列表中要增加一个int，但不必写

18、，但不必写形参名。形参名。运算符重载运算符友元函数的设计运算符友元函数的设计l双目运算符双目运算符 B重载后，重载后，表达式表达式oprd1 B oprd2 等同于等同于operator B(oprd1,oprd2 )l前置单目运算符前置单目运算符 B重载后，重载后，表达式表达式 B oprd 等同于等同于operator B(oprd )l后置单目运算符后置单目运算符 +和和-重载后，重载后，表达式表达式 oprd B 等同于等同于operator B(oprd,0 )运算符重载例例8-3l将将+ +、- -（双目）重载为复数类的友元（双目）重载为复数类的友元函数。函数。l两个操作数都是复数

19、类的对象。两个操作数都是复数类的对象。运算符重载#includeusing namespace std;class complex/复数类声明复数类声明public:/外部接口外部接口complex(double r=0.0,double i=0.0) real=r; imag=i; /构造函数构造函数friend complex operator + (complex c1,complex c2);/运算符运算符+ +重载为友元函数重载为友元函数friend complex operator - (complex c1,complex c2);/运算符运算符- -重载为友元函数重载为友元函数

20、void display(); /显示复数的值显示复数的值private:/私有数据成员私有数据成员double real;double imag;31complex operator +(complex c1,complex c2)/运算符重载友元函数实现运算符重载友元函数实现 return complex(c2.real+c1.real, c2.imag+c1.imag);complex operator -(complex c1,complex c2)/运算符重载友元函数实现运算符重载友元函数实现 return complex(c1.real-c2.real, c1.imag-c2.im

21、ag);/ 其他函数和主函数同例其他函数和主函数同例8-132静态绑定与动态绑定静态绑定与动态绑定l绑定绑定 程序自身彼此关联的过程，确定程序中的操作调用与执行该操作的代码间的关系。l静态绑定静态绑定 绑定过程出现在编译阶段，用对象名或者类名来限定要调用的函数。l动态绑定动态绑定 绑定过程工作在程序运行时执行，在程序运行时才确定将要调用的函数。#includeusing namespace std;class Point public:Point(double i, double j) x=i; y=j;double Area() const return 0.0; private:doubl

22、e x, y;class Rectangle:public Point public:Rectangle(double i, double j, double k, double l);double Area() const return w*h; private:double w,h;静态绑定例34Rectangle:Rectangle(double i, double j, double k, double l) :Point(i,j) w=k; h=l; void fun(Point &s) coutArea=s.Area()endl; int main()Rectangle rec(3

23、.0, 5.2, 15.0, 25.0);fun(rec);运行结果：运行结果：Area=035#includeusing namespace std;class Point public: Point(double i, double j) x=i; y=j; virtual double Area() const return 0.0; private:double x, y;class Rectangle:public Point public: Rectangle(double i, double j, double k, double l); virtual double Area(

24、) const return w*h; private:double w,h;/其他函数同上例其他函数同上例动态绑定例 36void fun(Point &s) coutArea=s.Area()endl; int main()Rectangle rec(3.0, 5.2, 15.0, 25.0);fun(rec);运行结果运行结果:Area=37537虚函数虚函数l虚函数是动态绑定的基础。虚函数是动态绑定的基础。l是非静态的成员函数。是非静态的成员函数。l在类的声明中，在函数原型之前写在类的声明中，在函数原型之前写virtual。lvirtual 只用来说明类声明中的原型，不能用在只用来说明

25、类声明中的原型，不能用在函数实现时。函数实现时。l具有继承性，基类中声明了虚函数，派生类中具有继承性，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。无论是否说明，同原型函数都自动为虚函数。l本质：不是重载声明而是覆盖。本质：不是重载声明而是覆盖。l调用方式：通过基类指针或引用，执行时会调用方式：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。根据指针指向的对象的类，决定调用哪个函数。虚 函 数例例 8-4#include using namespace std;class B0/基类基类B0声明声明public:/外部接口外部接口virtual vo

26、id display() /虚成员函数虚成员函数 coutB0:display()endl; ;class B1: public B0/公有派生公有派生 public: void display() coutB1:display()endl; ;class D1: public B1/公有派生公有派生 public: void display() coutD1:display()display(); int main()/主函数主函数 B0 b0, *p;/声明基类对象和指针声明基类对象和指针B1 b1;/声明派生类对象声明派生类对象D1 d1;/声明派生类对象声明派生类对象p=&b0;fun

27、(p);/调用基类调用基类B0函数成员函数成员p=&b1;fun(p);/调用派生类调用派生类B1函数成员函数成员p=&d1;fun(p);/调用派生类调用派生类D1函数成员函数成员运行结果：运行结果：B0:display()B1:display()D1:display()40虚析构函数虚析构函数何时需要虚析构函数？何时需要虚析构函数？l当你可能通过基类指针删除派生类对当你可能通过基类指针删除派生类对象时象时l如果你打算允许其他人通过基类指针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（通过调用对象的析构函数（通过delete这这样做是正常的），并且被析构的对象样做是正常的），并且被析构的对象是有重要的析构函数的派生类的对象，是有重要的析构函数的派生类的对象，就需要让基类的析构函数成为虚拟的。就需要让基类的析构函数成为虚拟的。虚 函 数抽象类抽象类带有纯虚函数的类称为抽象类带有纯虚函数的类