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1、第12章 多态性与虚函数n多态性(polymorphism)是面向对象程序设计的一个重要特征。n在C+程序设计中，多态性是指具有不同功能的函数可以用同一个函数名，这样就可以用一个函数名调用不同内容的函数。在面向对象方法中一般是这样表述多态性的:向不同的对象发送同一个消息，不同的对象在接收时会产生不同的行为(即方法)。也就是说，每个对象可以用自己的方式去响应共同的消息。1n从系统实现的角度看，多态性分为两类:静态多态性和动态多态性。以前学过的函数重载和运算符重载实现的多态性属于静态多态性，在程序编译时系统就能决定调用的是哪个函数，因此静态多态性又称编译时的多态性。静态多态性是通过函数的重载实现的
2、(运算符重载实质上也是函数重载)。动态多态性是在程序运行过程中才动态地确定操作所针对的对象。它又称运行时的多态性。动态多态性是通过虚函数(virtual function)实现的。212.1 基类指针n派生类的一个重要特征是：派生类的指针和基类的指针兼容。n多态性就是巧妙地利用了这一简单但强大的多面特征。n下面我们重写上章的四边形和三角形的实例，但这里用指针兼容这一特征。3/pointers to base class#include using namespace std;class CPolygon protected:int width,height;public:void set_va
3、lues(int a,int b)width=a;height=b;class CRectangle:public CPolygon public:int area()return(width*height);class CTriangle:public CPolygon public:int area()return(width*height/2);int main()CRectangle rect;/定义CRectangle类对象rect CTriangle trgl;/定义CTriangle类对象trgl CPolygon*ppoly1=▭/定义指针ppoly1，可以指向CPo
4、lygon类对象，指向子类对象rect CPolygon*ppoly2=&trgl;/定义指针ppoly2，可以指向CPolygon类对象，指向子类对象trgl ppoly1-set_values(4,5);ppoly2-set_values(4,5);cout rect.area()endl;cout trgl.area()endl;return 0;4n使用指针 ppoly1 和 ppoly2唯一的限制是，ppoly1和ppoly2是指向CPolygon类型，因此我们只能用这些指针指向继承自CPolygon类的CRectangle类和CTriangle类的成员。出于这个原因，当我们调用ar
5、ea()成员时，我们不得不直接使用对象rect and trgl而不能使用指针ppoly1和ppoly2。n为了类CPolygon的指针使用area()成员，area()应该不仅是其派生类的成员，也应是已声明为类CPolygon的成员，但问题是，CRectangle和CTriangle执行不同版本的area()函数，因此不能在基类中直接定义，但可以定义为一种虚拟成员。512.2 虚拟成员虚拟成员n虚拟成员。某类的成员可以在它的派生类中重新定义称为虚拟成员。为了声明一类的成员为虚拟的成员，只需在前面加上关键字virtual即可。n对以上的程序重写，在CPolygon类中添加一个虚拟成员 area
6、()。n这样，三个类都用了相同的成员：width,height,set_values()and area()。6/virtual members#include using namespace std;class CPolygon protected:int width,height;public:void set_values(int a,int b)width=a;height=b;virtual int area()/声明虚拟函数area()return(0);class CRectangle:public CPolygon public:int area()return(width*h
7、eight);class CTriangle:public CPolygon public:int area()return(width*height/2);int main()CPolygon poly;/定义CPolygon类对象poly CRectangle rect;/定义CRectangle类对象rect CTriangle trgl;/定义CTriangle类对象trgl CPolygon*ppoly1=▭/定义指针ppoly1，可以指向CPolygon类对象，指向子类对象rect CPolygon*ppoly2=&trgl;/定义指针ppoly2，可以指向CPolygo
8、n类对象，指向子类对象trgl CPolygon*ppoly3=&poly;/定义指针ppoly3，可以指向CPolygon类对象，指向基类对象poly ppoly1-set_values(4,5);ppoly2-set_values(4,5);ppoly3-set_values(4,5);cout area()endl;cout area()endl;cout area()endl;return 0;7n如果我们试图不用关键字virtual，那么会发现运行结果是三个0，而不是：20，10，0。n因为不用关键字virtual，三个指针的类型都是CPolygon*，都调用CPolygon:are
9、a()，而不是分别调用每个对象的相应area()函数（CRectangle:area(),CTriangle:area()and CPolygon:area()）。n基类的指针指向子类对象，并且基类的成员和子类的成员同名，关键字virtual的作用就是让指针调用来自子类的对象成员时，具体地调用子类成员，而不是基类的成员。n一个类如果是含有虚拟成员函数的类，或继承自含有虚拟成员函数的类，称为多态类。n以上的含有虚拟成员函数的基类，可以定义对象（CPolygon poly;），也可以 调用来自他自己的成员函数（area()，值是0）。812.3 抽象基类n抽象基类和前面我们定义的基类非常类似，只是
10、我们前面的基类的虚拟成员有效的函数，对定义自基类的对象（如对象poly 有一个基本的最小功能。而抽象基类定义的虚拟成员函数根本就不能执行，直接在函数后面写上等于0。class CPolygon protected:int width,height;public:void set_values(int a,int b)width=a;height=b;virtual int area()=0;9n注意，函数是直接让函数名等于0，而不定义任何执行语句，这样的函数称为纯虚拟函数，含有纯虚拟函数的基类我们称为抽象基类。n抽象基类和一般多态基类的区别是，因为抽象基类至少含有一个非执行性虚拟函数，抽象基类
11、不能定义对象。n不能定义对象的抽象基类并不是完全无用的，我们可以定义指向抽象类的指针变量指向来自其子类的对象。10n上例中，对于抽象类,“CPolygon poly;”是错误的，但“CPolygon*ppoly1;CPolygon*ppoly2;”是正确的，ppoly1和ppoly2可以指向来自CPolygon子类的对象。n下面是完整的实例：11/abstract base class#include using namespace std;class CPolygon /抽象基类 protected:int width,height;public:void set_values(int a,
12、int b)width=a;height=b;virtual int area(void)=0;/纯虚拟函数 ;class CRectangle:public CPolygon public:int area(void)return(width*height);class CTriangle:public CPolygon public:int area(void)return(width*height/2);int main()CRectangle rect;/定义子类的对象 CTriangle trgl;/定义子类的对象 CPolygon*ppoly1=▭/定义指向基类的指针，指
13、向子类的对象 CPolygon*ppoly2=&trgl;/定义指向基类的指针，指向子类的对象 ppoly1-set_values(4,5);ppoly2-set_values(4,5);cout area()endl;cout area()endl;return 0;12n现在我们在基类CPolygon中定义一个用于将area()函数结果输出到显示器上的成员函数，尽管基类CPolygon的函数本身不会有任何执行。该例用到this指针。nthis指针。关键字this代表一个指针，该指针指向的对象的成员函数正在被调用。也就说this是隐含与每一个类的非静态成员函数中的特殊指针(包括构造函数和析构
14、函数)，它用于指向正在被成员函数操作的对象。他是指向当前对象的指针。n对于一个类的实例来说，你可以看到它的成员函数、成员变量，但是实例本身呢？this是一个指针，它时时刻刻指向你这个实例本身。13/pure virtual members can be called/from the abstract base class#include using namespace std;class CPolygon protected:int width,height;public:void set_values(int a,int b)width=a;height=b;virtual int are
15、a(void)=0;void printarea(void)cout area()set_values(4,5);ppoly2-set_values(4,5);ppoly1-printarea();ppoly2-printarea();return 0;14/dynamic allocation and polymorphism下例是上面同样的例子，但对象是采用的动态创建：#include using namespace std;class CPolygon protected:int width,height;public:void set_values(int a,int b)width=a;height=b;virtual int area(void)=0;void printarea(void)cout area()set_values(4,5);ppoly2-set_values(4,5);ppoly1-printarea();ppoly2-printarea();delete ppoly1;delete ppoly2;return 0;15