《面向對象程序設計》多態(tài).ppt

2020/8/6,北京科技大學計算機系,1,C+大學基礎教程,第10章 多態(tài)性 北京科技大學 計算機系,2020/8/6,北京科技大學計算機系,-2-,第十一章 多態(tài)性,11.1 多態(tài)性的概念 11.2 繼承中的靜態(tài)聯(lián)編 11.3 虛函數(shù)和運行時的多態(tài) 11.4 純虛函數(shù)和抽象類,2020/8/6,北京科技大學計算機系,-3-,多態(tài)性的概念,多態(tài)性是面向對象程序設計的重要特征之一。 多態(tài)性是指發(fā)出同樣的消息被不同類型的對象接收時導致不同的行為。 擦 地板 窗戶 臉,采用不同的工具，不同的方式。在c+中可以用相同的函數(shù)名，不同的函數(shù)操作來實現(xiàn),函數(shù)重載： 函數(shù)名相同，但是函數(shù)的參數(shù)個數(shù)或者參數(shù)類型不同，或者const標識,2020/8/6,北京科技大學計算機系,-4-,11.1.1面向對象程序設計中多態(tài)的表現(xiàn),總的來說，不同對象對于相同的消息有不同的響應，就是面向對象程序設計中的多態(tài)性。 具體在程序中，多態(tài)性有兩種表現(xiàn)的方式： 同一個對象調用名字相同、但是參數(shù)不同的函數(shù)，表現(xiàn)出不同的行為。重載多態(tài) 在同一個類中定義的重載函數(shù)的調用。 不同的對象調用名字和參數(shù)都相同的函數(shù)，表現(xiàn)出不同的行為。-運行多態(tài) 在派生類中重復定義 同名覆蓋：使用派生類的定義 作用域符的使用：使用基類的定義,2020/8/6,北京科技大學計算機系,-5-,繼承和派生中的多態(tài),class A public: void f（ ）; ; class C: public A public: void f（ ）; void f（int x ）; ;,如果聲明：C c1; 則 c1.f（ ）; c1.f（int x ）; c1.A:f(),2020/8/6,北京科技大學計算機系,-6-,11.1.1面向對象程序設計中多態(tài)的表現(xiàn),面向對象程序設計中多態(tài)性表現(xiàn)為以下幾種形式： 重載多態(tài)：通過調用相同名字的函數(shù)，表現(xiàn)出不同的行為。 運行多態(tài)：通過基類的指針或引用，調用不同派生類的同名函數(shù)，表現(xiàn)出不同的行為。許多面向對象程序設計的書籍中所說的多態(tài)性，就是這種多態(tài)。 模板多態(tài)，也稱為參數(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。,2020/8/6,北京科技大學計算機系,-7-,多態(tài)性的概念,例1 int max(int a, int b)return ab?a:b; int max(int a, int b, int c) return (int t=(ab?a:b)c?t:c; float max(float a, float b) void main() int a,b,f; float c,d; max(a,b); max(c,d); ,在編譯的時候，確定調用的是哪個max, 靜態(tài)聯(lián)編；,函數(shù)重載,2020/8/6,北京科技大學計算機系,-8-,繼承和派生中的多態(tài),class A public: void f（ ）; ; class C: public A public: void f（ ）; void f（int x ）; ;,如果聲明：C c1; 則 c1.f（ ）; c1.f（int x ）; c1.A:f(),靜態(tài)聯(lián)編；,2020/8/6,北京科技大學計算機系,-9-,派生類對象調用同名函數(shù),對于派生類對象調用成員函數(shù)，可以有以下的結論： 派生類對象可以直接調用本類中與基類成員函數(shù)同名的函數(shù)，不存在二義性； 在編譯時就能確定對象將調用哪個函數(shù)，屬于靜態(tài)聯(lián)編，不屬于運行時的多態(tài)。,2020/8/6,北京科技大學計算機系,-10-,賦值兼容原則,一個公有派生類的對象在使用上可以被當作基類的對象，反之則禁止。具體表現(xiàn)在： derived d;base b; 派生類的對象可以被賦值給基類對象。 b=d; 派生類的對象可以初始化基類的引用。 base ,2020/8/6,北京科技大學計算機系,-11-,賦值兼容規(guī)則舉例 - 多態(tài)是否具有動態(tài)性,#include class B0/基類B0聲明 public: void display（ ） cout<<B0:display（ ）<<endl; /公有成員函數(shù) ;,定義了基類,2020/8/6,北京科技大學計算機系,-12-,class B1: public B0 public: void display（ ）coutdisplay（ ）;/對象指針-成員名 ,定義了類族,定義了基類的對象指針,2020/8/6,北京科技大學計算機系,-13-,void main（ ）/主函數(shù) B0 b0;/聲明B0類對象 B1 b1;/聲明B1類對象 D1 d1;/聲明D1類對象 B0 *p;/聲明B0類指針 p= ,B0:display（ ）,B0:display（ ）,B0:display（ ）,2020/8/6,北京科技大學計算機系,-14-,概念復習,根據(jù)賦值兼容規(guī)則，下列哪一個陳述是正確的？【 】 公有派生類的對象可以賦值給基類的對象。 任何派生類的對象可以賦值給基類的對象。 基類的對象可以賦值給派生類的對象。 間接基類的對象可以賦值給直接基類的對象。,2020/8/6,北京科技大學計算機系,-15-,多態(tài)的實現(xiàn)：聯(lián)編,聯(lián)編（Binding綁定）：確定具體的操作對象。程序自身彼此關聯(lián)的過程，確定程序中的操作調用與執(zhí)行該操作的代碼間的關系。 靜態(tài)聯(lián)編: 編譯的多態(tài) 動態(tài)聯(lián)編: 運行時的多態(tài),int a; main() int a; a = 7; ,2020/8/6,北京科技大學計算機系,-16-,靜態(tài)聯(lián)編與動態(tài)聯(lián)編,靜態(tài)聯(lián)編（靜態(tài)束定） 聯(lián)編工作出現(xiàn)在編譯階段，用對象名或者類名來限定要調用的函數(shù)。 動畫 動態(tài)聯(lián)編 聯(lián)編工作在程序運行時執(zhí)行，在程序運行時才確定將要調用的函數(shù)。,例,例,2020/8/6,北京科技大學計算機系,-17-,#include class Point public: Point(double i, double j) x=i; y=j; double Area（ ） return 0.0; private: double x, y; ; class Rectangle:public Point public: Rectangle(double i, double j, double k, double l); double Area（ ） return w*h; private: double w,h; ;,靜態(tài)聯(lián)編例,2020/8/6,北京科技大學計算機系,-18-,Rectangle:Rectangle(double i, double j, double k, double l) :Point(i,j) w=k; h=l; void fun(Point 運行結果： Area=0,X,inaceesible,Y,inaceesible,W,private,H,private,15.0,25.0,3.0,5.2,2020/8/6,北京科技大學計算機系,-19-,例11.1 定義Circle類和Rectangle類為Shape類的派生類，通過Circle類和Rectangle類的對象調用重載函數(shù)getArea()顯示對象的面積。 / 例11.1: shape.h #ifndef SHAPE_H #define SHAPE_H class Shape public: double getArea() const; void print() const; ; / Shape類定義結束,基類Shape的定義,課下讀懂！,2020/8/6,北京科技大學計算機系,-20-,#include class Point public: Point(double i, double j) x=i; y=j; virtual double Area（ ） return 0.0; private:double x, y; class Rectangle:public Point public: Rectangle(double i, double j, double k, double l); virtual double Area（ ） return w*h; private:double w,h; void fun(Point ,動態(tài)聯(lián)編例,虛函數(shù),運行結果: Area=375,運行結果: Area=0,聲明虛函數(shù)的目的就是通知編譯器，碰到函數(shù)名時不要馬上選擇靜態(tài)聯(lián)編，也有可能時動態(tài)聯(lián)編的。,2020/8/6,北京科技大學計算機系,21,虛函數(shù)和運行時的多態(tài),2020/8/6,北京科技大學計算機系,-22-,虛函數(shù),虛函數(shù)是動態(tài)聯(lián)編的基礎。 是非靜態(tài)的成員函數(shù)。 在類的聲明中，在函數(shù)原型之前寫virtual。 virtual 只用來說明類聲明中的原型，不能用在函數(shù)實現(xiàn)時。 具有繼承性，基類中聲明了虛函數(shù)，派生類中無論是否說明，同原型函數(shù)都自動為虛函數(shù)。 本質：不是重載聲明而是覆蓋。 調用方式：通過基類指針或引用，執(zhí)行時會根據(jù)指針或引用指向的對象的類，決定調用哪個函數(shù)。,2020/8/6,北京科技大學計算機系,-23-,例,#include class B0/基類B0聲明 public:/外部接口 virtual void display（ ） cout<<B0:display（ ）<<endl; /虛成員函數(shù) ;,2020/8/6,北京科技大學計算機系,-24-,class B1: public B0/公有派生 public: void display（ ） cout<<B1:display（ ）<<endl; ; class D1: public B1/公有派生 public: void display（ ） cout<<D1:display（ ）<<endl; ;,2020/8/6,北京科技大學計算機系,-25-,void fun(B0 *ptr)/普通函數(shù) ptr-display（ ）; void main（ ）/主函數(shù) B0 b0, *p;/聲明基類對象和指針 B1 b1;/聲明派生類對象 D1 d1;/聲明派生類對象 p=/調用派生類D1函數(shù)成員 ,B0:display（ ）,B1:display（ ）,D1:display（ ）,2020/8/6,北京科技大學計算機系,-26-,void fun(B0 ptr)/普通函數(shù) ptr.display（ ）; void main（ ）/主函數(shù) B0 b0, *p;/聲明基類對象和指針 B1 b1;/聲明派生類對象 D1 d1;/聲明派生類對象 b0=b0; fun(b0);/調用基類B0函數(shù)成員 b0=b1; fun(b0); /調用基類B0函數(shù)成員 b0=d1; fun(b0); /調用基類B0函數(shù)成員 ,B0:display（ ）,B0:display（ ）,B0:display（ ）,2020/8/6,北京科技大學計算機系,-27-,例11.3 將例11.2進行修改，使得程序具有運行時的多態(tài)的效果。 / 例11.3: shape1.h #ifndef SHAPE_H #define SHAPE_H class Shape public: virtual double getArea() const; void print() const; ; / Shape類定義結束,基類Shape的定義,例11.3 課下讀懂！,2020/8/6,北京科技大學計算機系,-28-,10.3.1 虛函數(shù),要實現(xiàn)運行時的多態(tài)，需要以下條件： 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)； 或者用派生類對象初始化的基類對象的引用訪問和基類成員函數(shù)同名的派生類成員函數(shù)； 派生類的繼承方式必須是公有繼承； 基類中的同名成員函數(shù)必須定義為虛函數(shù)。,2020/8/6,北京科技大學計算機系,-29-,例10.4 虛函數(shù)的正確使用。分析以下程序，編譯時哪個語句會出現(xiàn)錯誤？為什么？將有錯誤的語句屏蔽掉以后，程序運行結果如何？其中哪些調用是靜態(tài)聯(lián)編，哪些是動態(tài)聯(lián)編？ #include class BB public: virtual void vf1()cout<<BB:vf1被調用n; virtual void vf2()cout<<BB:vf2被調用n; void f()cout<<BB:f被調用n; ; class DD:public BB public: virtual void vf1()cout<<DD:vf1被調用n; void vf2(int i)cout<<i<<endl; void f()cout<<DD:fn被調用; ;,有虛函數(shù)的基類,派生類,void main() DD d; BB *bp= ,2020/8/6,北京科技大學計算機系,-30-,void main() DD d; BB *bp= ,將這個語句注釋掉后，運行結果將顯示： DD:vf1被調用 BB:vf2被調用 BB:f被調用,函數(shù)調用bp-vf2(10);是錯誤的。因為派生類的vf2函數(shù)和基類的vf2函數(shù)的參數(shù)不同，派生類的vf2就不是虛函數(shù)，而是重載。,其中bp-vf1()調用是動態(tài)聯(lián)編。 bp-vf2()是靜態(tài)聯(lián)編。 bp-f()也是靜態(tài)聯(lián)編。,2020/8/6,北京科技大學計算機系,-31-,10.3.2 虛函數(shù)的使用,虛函數(shù)必須正確的定義和使用。否則，即使在函數(shù)原型前加了virtual的說明，也可能得不到運行時多態(tài)的特性。 必須首先在基類中聲明虛函數(shù)。在多級繼承的情況下，也可以不在最高層的基類中聲明虛函數(shù)。例如在第二層定義的虛函數(shù)，可以和第三層的虛函數(shù)形成動態(tài)聯(lián)編。但是，一般都是在最高層的基類中首先聲明虛函數(shù)。,2020/8/6,北京科技大學計算機系,-32-,11.3.2 虛函數(shù)的使用,基類和派生類的同名函數(shù)，必須函數(shù)名、返回值、參數(shù)表全部相同，才能作為虛函數(shù)來使用。否則，即使函數(shù)用virtual來說明，也不具有虛函數(shù)的行為。 靜態(tài)成員函數(shù)不可以聲明為虛函數(shù)。構造函數(shù)也不可以聲明為虛函數(shù)。 析構函數(shù)可以聲明為虛函數(shù)，即可以定義虛析構函數(shù)。,2020/8/6,北京科技大學計算機系,-33-,10.3.3 虛析構函數(shù),如果用動態(tài)創(chuàng)建的派生類對象的地址初始化基類的指針，創(chuàng)建的過程不會有問題：仍然是先調用基類構造函數(shù)，再執(zhí)行派生類構造函數(shù)。 但是，在用delete運算符刪除這個指針的時候，由于指針是指向基類的，通過靜態(tài)聯(lián)編，只會調用基類的析構函數(shù)，釋放基類成員所占用的空間。而派生類成員所占用的空間將不會被釋放。,2020/8/6,北京科技大學計算機系,-34-,#include using namespace std; class Shape public: Shape()cout<<Shape類構造函數(shù)被調用n; Shape()cout<<Shape類析構函數(shù)被調用n; ; / Shape類定義結束 class Circle : public Shape /派生類Circle的定義 public: Circle( int xx= 0, int yy= 0, double rr= 0.0 ) x = xx; y = yy; radius =rr; cout<<Circle類構造函數(shù)被調用n; Circle() cout<<Circle類析構函數(shù)被調用n; private: int x,y; / 圓心座標 double radius; / 圓半徑 ; / 派生類Circle定義結束 void main() Shape *shape_ptr; shape_ptr = new(Circle)(3,4,5); delete shape_ptr;,例11.5 定義簡單的Shape類和Circle類，觀察基類指針的創(chuàng)建和釋放時如何調用構造函數(shù)和析構函數(shù)。,基類Shape的定義,主函數(shù),程序運行后在屏幕上顯示： Shape類構造函數(shù)被調用 Circle類構造函數(shù)被調用 Shape類析構函數(shù)被調用,2020/8/6,北京科技大學計算機系,-35-,10.3.3 虛析構函數(shù),為了解決派生類對象釋放不徹底的問題，必須將基類的析構函數(shù)定義為虛析構函數(shù)。格式是在析構函數(shù)的名字前添加virtual關鍵字。函數(shù)原型如下： virtual Shape(); 此時，無論派生類析構函數(shù)是不是用virtual來說明，也都是虛析構函數(shù)。 再用delete shape_ptr來釋放基類指針時，就會通過動態(tài)聯(lián)編調用派生類的析構函數(shù)。,2020/8/6,北京科技大學計算機系,-36-,11.3.3 虛析構函數(shù),將例11.5程序中的Shape析構函數(shù)作以上修改后，運行的結果將是： Shape類構造函數(shù)被調用 Circle類構造函數(shù)被調用 Circle類析構函數(shù)被調用 Shape類析構函數(shù)被調用,2020/8/6,北京科技大學計算機系,-37-,11.4 純虛函數(shù)和抽象類,2020/8/6,北京科技大學計算機系,-38-,抽象類的一般形式,帶有純虛函數(shù)的類稱為抽象類: class 類名 virtual 類型 函數(shù)名(參數(shù)表)=0; /純虛函數(shù) . ；,一個函數(shù)聲明為純虛后，純虛函數(shù)的意思是：我是一個抽象類！不要把我實例化！純虛函數(shù)用來規(guī)范派生類的行為，實際上就是所謂的“接口”。它告訴使用者，我的派生類都會有這個函數(shù)。,2020/8/6,北京科技大學計算機系,-39-,作用,抽象類為抽象和設計的目的而建立，將有關的數(shù)據(jù)和行為組織在一個繼承層次結構中，保證派生類具有要求的行為。 對于暫時無法實現(xiàn)的函數(shù)，可以聲明為純虛函數(shù)，留給派生類去實現(xiàn)。,2020/8/6,北京科技大學計算機系,-40-,注意,抽象類只能作為基類來使用。 不能聲明抽象類的對象。 構造函數(shù)不能是虛函數(shù)，析構函數(shù)可以是虛函數(shù)。 eg. class A public: virtual void fun1()=0; ; A obj;,2020/8/6,北京科技大學計算機系,-41-,例,1)了解純虛函數(shù)的定義 2）了解純虛類只能作為基類，派生其他類而用 class A public: A()fun(); virtual void fun() cout << “A:fun”<<endl; ; class B : public A public: B() fun(); void fun() cout << “B:fun”<<endl; ; B b;,1 構造函數(shù)中調用的虛函數(shù)不具有動態(tài)聯(lián)編，必然是調用的本類中的函數(shù)。 2 Virtual void fun()=0;,virtual void fun() =0;,2020/8/6,北京科技大學計算機系,-42-,class A public: void foo() bar(); private: virtual void bar() . ; class B: public A private: virtual void bar() . ; void bar1 (A *a) a-foo();,bar函數(shù)中調用a對象的foo,foo中調用虛函數(shù)bar，調用的是哪個bar。,2020/8/6,北京科技大學計算機系,-43-,一個類的虛函數(shù)在它自己的構造函數(shù)和析構函數(shù)中被調用的時候，它們就變成普通函數(shù)了，不“虛”了。也就是說不能在構造函數(shù)和析構函數(shù)中讓自己“多態(tài)”。例如： class A public: A() foo(); / 在這里，無論如何都是A:foo()被調用！ A() foo(); / 同上 virtual void foo(); ; class B: public A public: virtual void foo(); ; void bar() A * a = new B; delete a; ,2020/8/6,北京科技大學計算機系,-44-,多態(tài)有什么用？ 在面向對象的編程中，首先會針對數(shù)據(jù)進行抽象（確定基類）和繼承（確定派生類），構成類層次。 類層次的使用者在使用它們的時候，如果仍然在需要基類的時候寫針對基類的代碼，在需要派生類的時候寫針對派生類的代碼，就等于類層次完全暴露在使用者面前。 如果這個類層次有任何的改變（增加了新類），都需要使用者“知道”（針對新類寫代碼）。這樣就增加了類層次與其使用者之間的耦合，有人把這種情況列為程序中的“bad smell”之一。,2020/8/6,北京科技大學計算機系,-45-,總結,多態(tài)性是面向對象程序設計最重要的特點之一。本章介紹了多態(tài)性中最重要的兩個表現(xiàn)：運行多態(tài)和參數(shù)多態(tài)。參數(shù)多態(tài)就是模板的使用。 運行多態(tài)的表現(xiàn)就是： 一種形態(tài)的語句：通過基類指針訪問基類和派生類的同名函數(shù)； 多種條件的執(zhí)行：用不同派生類對象的地址初始化這個基類指針；,