C--语言程序设计课件

第八章第八章 多态性多态性C+语言程序设计1第八章 多态性C+语言程序设计1C+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2本章主要内容多态性2C+语言程序设计重点和难点重点和难点l重点：多态性的意义；实现多态性的重点：多态性的意义；实现多态性的两种途径：函数重载和虚函数，特别两种途径：函数重载和虚函数，特别是运算符函数的重载；怎样利用虚函是运算符函数的重载；怎样利用虚函数实现运行时的多态性；纯虚函数以数实现运行时的多态性；纯虚函数以及抽象类的声明与定义；及抽象类的声明与定义；l难点：运算符函数的重载；怎样利用难点：运算符函数的重载；怎样利用虚函数实现运行时的多态性。虚函数实现运行时的多态性。3重点和难点重点：多态性的意义；实现多态性的两种途径：函数重载C+语言程序设计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多态性是面向对象程序设计的重要特征之一。征之一。l多态性是指发出同样的消息被不同类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型的对象接收时有可能导致完全不同的行为。的行为。l多态的实现：多态的实现：函数重载运算符重载虚函数4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。4C+语言程序设计问题举例问题举例复数的运算复数的运算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;运算符重载5问题举例复数的运算class complex/复数类C+语言程序设计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能够实现复数的加减运算吗？运算吗？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6问题举例复数的运算用“+”、“-”能够实现复数的加减运算C+语言程序设计问题举例问题举例复数的复数的+运算运算l复数运算符重载的例子复数运算符重载的例子(成员函数成员函数)l重载重载“+”、“-”运算符运算符运算符重载7问题举例复数的+运算复数运算符重载的例子(成员函数)C+语言程序设计运算符重载的实质运算符重载的实质(根据示例总结根据示例总结)l运算符重载是对已有的运算符赋予多重含义运算符重载是对已有的运算符赋予多重含义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数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）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,利用了函数重载的机制利用了函数重载的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。运算符重载8运算符重载的实质(根据示例总结)运算符重载是对已有的运算符赋C+语言程序设计运算符重载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中除下列运算符外的所有运算符：有运算符：.*:?:l只能重载只能重载C+语言中已有的运算符，语言中已有的运算符，不可臆造新的。不可臆造新的。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。该有一个是自定义类型。9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C+语言程序设计两种形式两种形式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10两种形式重载为类成员函数。运算符重载10C+语言程序设计运算符函数运算符函数(把运算符作为函数把运算符作为函数)l声明形式声明形式函数类型 operator 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。运算符重载11运算符函数(把运算符作为函数)声明形式运算符重载11C+语言程序设计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 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12运算符成员函数的设计双目运算符 B运算符重载12C+语言程序设计运算符成员函数的设计运算符成员函数的设计(单单目目)l前置单目运算符前置单目运算符 U如果要重载 U 为类成员函数，使之能够实现表达式 U oprd，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13运算符成员函数的设计(单目)前置单目运算符 U运算符重载13C+语言程序设计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14运算符成员函数的设计后置单目运算符+和-运算符重载14C+语言程序设计问题举例问题举例复数的复数的+运算运算l利用友元函数重载运算符利用友元函数重载运算符l重载重载“+”、“-”运算符运算符运算符重载15问题举例复数的+运算利用友元函数重载运算符运算符重载15C+语言程序设计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，但不必写形参名。形参名。运算符重载16运算符友元函数的设计如果需要重载一个运算符，使之能够用于操作C+语言程序设计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17运算符友元函数的设计双目运算符 B重载后，表达式oprd1C+语言程序设计+运算符的重载运算符的重载l利用成员函数重载利用成员函数重载+运算符运算符运算符重载18+运算符的重载利用成员函数重载+运算符运算符重载18C+语言程序设计+运算符的重载运算符的重载l利用友元函数重载利用友元函数重载+运算符运算符运算符重载19+运算符的重载利用友元函数重载+运算符运算符重载19C+语言程序设计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。操作调用与执行该操作的代码间的关系。l静态绑定（静态联编）静态绑定（静态联编）联编工作出现在编译阶段，用对象名或者联编工作出现在编译阶段，用对象名或者类名来限定要调用的函数。类名来限定要调用的函数。l动态绑定动态绑定联编工作在程序运行时执行，在程序运行联编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。时才确定将要调用的函数。20静态绑定与动态绑定绑定20C+语言程序设计静态绑定与动态绑定静态绑定与动态绑定静态绑定实例静态绑定实例21静态绑定与动态绑定静态绑定实例21C+语言程序设计静态绑定与动态绑定静态绑定与动态绑定动动态绑定实例态绑定实例动态绑定也称为运行时的多态动态绑定也称为运行时的多态动态绑定指在程序运行时才确定将要动态绑定指在程序运行时才确定将要调用的代码在哪里调用的代码在哪里?编译程序时无法编译程序时无法确定确定.相同的消息发送给不同的对象相同的消息发送给不同的对象,将导致将导致不同的行为不同的行为 22静态绑定与动态绑定动态绑定实例22C+语言程序设计虚函数虚函数(总结总结)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，无论是否说明，同原型同原型函数都自动为虚函数。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，执行时会根据根据指针指向的对象的类指针指向的对象的类，决定调用哪个函数。，决定调用哪个函数。虚 函 数23虚函数(总结)虚函数是动态绑定的基础。虚 函 数23C+语言程序设计例例 8.4(自学自学,跳过跳过)#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 void 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()endl;虚 函 数24例 8.4(自学,跳过)#include display();void 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(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()2525void fun(B0*ptr)/普通函数运行结果：2C+语言程序设计虚析构函数虚析构函数(难难)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26虚析构函数(难)何时需要虚析构函数？虚 函 数26C+语言程序设计虚析构函数虚析构函数(难难)虚析构函数的使用虚析构函数的使用虚 函 数27虚析构函数(难)虚析构函数的使用虚 函 数27C+语言程序设计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称为抽象类:class 类名类名 virtual 类型 函数名(参数表)=0;/纯虚函数纯虚函数 .纯虚函数与抽象类28抽象类带有纯虚函数的类称为抽象类:纯虚函数与抽象类28C+语言程序设计抽象类抽象类纯虚函数与抽象类l作用作用抽象类为抽象和设计的目的而声明，将有关的数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。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，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。留给派生类去实现。l注意注意抽象类只能作为基类来使用。抽象类只能作为基类来使用。不能声明抽象类的对象。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。构造函数不能是虚函数，析构函数可以是虚函数。29抽象类纯虚函数与抽象类作用29C+语言程序设计例例 8.6 举例举例纯虚函数与抽象类#include using namespace std;class B0 /抽象基类抽象基类B0声明声明 public:/外部接口外部接口virtual void display()=0;/纯虚函数成员纯虚函数成员;class B1:public B0 /公有派生公有派生 public:void display()coutB1:display()endl;/虚成员函数虚成员函数;class D1:public B1 /公有派生公有派生 public:void display()coutD1:display()endl;/虚成员函数虚成员函数;30例 8.6 举例纯虚函数与抽象类#include display();void main()/主函数主函数 B0*p;/声明抽象基类指针声明抽象基类指针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=&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：B1:display()D1:display()3131void fun(B0*ptr)/普通函数运行结果：3C+语言程序设计应用应用纯虚函数与抽象类l重载运算符的应用重载运算符的应用l抽象类的应用抽象类的应用32应用纯虚函数与抽象类重载运算符的应用32C+语言程序设计作业作业纯虚函数与抽象类l本章习题本章习题l上机上机:实验大纲实验大纲33作业纯虚函数与抽象类本章习题33