C++课件第10章多态Word文件下载.docx

1、。下一章再讲。 函数覆盖：这是本章所要讨论的。一、静态联编和动态联编联编是指一个计算机程序自身彼此关联的过程。按照联编所进行的阶段不同，可分为两种不同的联编方法：静态联编和动态联编。1 静态联编 静态联编是指联编工作出现在编译连接阶段，这种联编又称早期联编，因为这种联编过程是在程序开始运行之前完成的，在编译时就解决了程序中的操作调用与执行该操作代码间的关系。下面举一个静态联编的例子，该例子是图形面积的计算。例1：class Point /该类计算点的面积 private: double x, y; /点的坐标public:Point（double i, double j） x=i; y=j;

2、/构造函数double area（） const return 0.0; /计算面积;class Rectangle:public point /计算矩型面积 double w, h; /矩型长、宽/构造函数，包含对父类成员变量的初始化Rectangle（double i, double j, double k, double l）;/覆盖了父类同名函数area（）/ area（） const表示函数内不可更改成员变量的值，/保证在该函数内使用的成员变量只是传值,并不发生值的变化double area（） const return w*h; Rectangle:Rectangle（double

3、 i, double j, double k, double l）:point（i, j） w=k; h=l;void fun（Point &s） /全局函数,传递对象引用couts.area（）; void main（） Rectangle rec（3.0, 5.2, 15.0, 25.0）;fun（rec）; 该程序的运行结果为：0。算出了点的面积而不是矩形面积，为什么？虽然实例化了一个矩形对象Rectangle：但是，在调用fun（rec）时，由于Rectangle类继承了Point类，因此Rctangle对象rec实例化时肯定要实例化一个Point，而函数void fun（Point

4、&s）的形参类型正好是Point对象引用，因此编译器在编译时把函数实参绑定到Point对象的引用上。这是静态联编的结果，导致程序输出了所不期望的结果。虽然上面的例子将void fun（Point &s）改为void fun（Rectangle &s）可轻易解决问题，但这不符合多态“一个概念，多种实现”的思想，我们希望的是；维持Point这“一个概念”，让void fun（Point &s）作为对外服务的接口，持有一个指向Point的对象&s，而在具体的矩型、多边型、圆型对象中，动态的按需调用所需的对象。这需要动态联编技术。2动态联编 动态联编实际可以在程序运行时动态识别所需调用的对象。c+规定

5、动态联编是在虚函数的支持下实现的。二、虚函数1 虚函数基本特点如果某类中的一个成员函数被说明为虚函数，这就意味着该成员函数在派生类中可能有不同的实现。当使用一个指针或引用所标识对象操作该成员函数时，对该成员函数调用采取动态联编方式。 声明一个成员函数为虚函数，只需在函数声明前加virtual关键字即可。C+对virtual函数进行动态联编。下面将例1的area（）声明为虚函数：例2（为简化，删掉了构造函数）：class Point /该类计算点的面积 virtual double area（） const return 0.0; /虚函数 /矩型长、宽 /子类也可以不写virtualvirtu

6、al double area（） const return w*h; ; 输出结果是375。因为area（）声明为虚函数，C+对其动态联编，运行时确定，将fun（rec）中的&s形参绑定到子类对象rec。 形象的说，动态联编是“自下向上”绑定对象的，先看看有没有本类对象，有则绑定本类对象，没有则从最低一级逐级向上绑定，如例2所示。而静态联编是“自上向下”先看看本类有没有合适对象，有则绑定本类对象，没有则从最高一级开始向下查找绑定对象的，如例1所示。2 运行时多态的好处可以只曝露较抽象的基类，而隐藏具体类的实现，用户调用抽象的服务得到的是具体的服务。运行时多态也有利于实现分布式智能化服务。这些好

7、处是与具体语言无关的。对例2作伪代码扩展，可以看出运行时多态的好处。例3（伪代码）：class POINT virtual area（） /抽象服务类/以下是具体服务类，继承了POINTclass SHAPE1 : POINTvirtual area（） class SHAPE2 : POINT virtual area（） class SHAPE3 :fun（Point &s） /一个抽象服务接口 s.area（） SHAPE1 S1；fun（S1） ；/具体服务，系统动态确定SHAPE1 S2；fun（S2） ；SHAPE1 S3；fun（S3） ；用户只需知道fun（）的位置，知道fun

8、（）提供计算面积的服务，需要计算具体图形面积时，创建一个该图形对象即可，不必关心这个具体图形面积是哪个对象计算的。这是一种非常优雅的体系结构。3 进一步理解虚函数C+动态联编必需的条件是： 要建立子类型关系。 要有虚函数的说明，只有虚函数才可以动态联编。 要虚函数发挥作用，必须用基类的指针（或引用）指向派生类的对象（比如例2中的fun（Point &s）， 只有地址才能体现多态性，要用指针（或引用）调用虚函数。如果在一个函数内调用虚函数，如果默认的this指针有效，是符合本条要求的。例4符合上述要求的动态联编：#include class A public: virtual void act1

9、（）; /有虚函数 void act2（） act1（）; /类成员调用虚函数,有默认的this指针this-/类函数调用虚函数，显式的thisA: /使用了类限定符，this无效，静态联编 void A:act1（） coutact1（） called; class B: public A /建立子类型关系 virtual void act1（）;/有虚函数 ; void B:act1（） coutact1（） called“; void main（） B b; b.act2（）;运行结果是：act1（） called B:act1（） called A:act1（） called3 构造函

10、数调用虚函数在“第9章 继承”曾讲过，派生类构造函数的调用顺序如下： 先调基类的构造函数产生基类对象 再调用派生类构造函数当构造函数内调用虚函数时，仍沿用上述规则，但对虚函数的调用采用的是静态联编而不是动态联编，为什么会这样，先看例5：例5：构造函数中调用虚函数。class A A（） /无参构造函数 virtual void f（） coutf（） called. class B : public A B（） f（）; /构造函数中调用虚函数void g（） f（）;class C: public B C（） virtual void f（） coutg（）开始绑定对象时，编译器知道的是，g

11、（）是一个声明为virtual的成员函数，而且其入口地址放在表格（无论是vtalbeA表还是 vtalbeB表）的第2项，那么编译器编译这条语句的时候就如是转换：call *（pa-vptr）2），（这一行可看作伪代码）。这一项放的是B:g（）的入口地址，则就实现了多态。（注意b的vptr指向的是B的虚表vtableB）。C+标准只要求用虚标机制实现多态，至于虚指针vptr到底放在一个对象布局的哪里，标准没有要求，每个编译器自己决定。如果继承体系的基类的virtual成员不多，而且在派生类要重写的部分占了其中的大多数时候，用的虚函数机制是比较好的；但是如果继承体系的基类的virtual成员很多

12、，或者是继承体系比较庞大的时候，而且派生类中需要重写的部分比较少，那就用另一种多态实现机制：“名称查找表”效率会高一些，很多的库都是这样的。三、纯虚函数和抽象类 JAVA语言中有抽象类和接口的语法。JAVA引入接口的目的主要是将抽象类与子类间的is a kind关系与接口与实现类的关系区分开。 C+有抽象类而无接口的语法。但C+的抽象类也可当作接口使用。1纯虚函数纯虚函数是一种特殊的虚函数，它的一般格式如下： class 类名 virtual 返回类型 函数名（参数表）=0; 在许多情况下，在基类中不能对虚函数给出有意义有实现，而把它说明为纯虚函数，它的实现留给该基类的派生类去做。这就是纯虚函

13、数的作用。2抽象类 带有纯虚函数的类称为抽象类。抽象类是一种特殊的类，它是为了抽象和设计的目的而建立的，它处于继承层次结构的较上层。抽象类是不能定义对象的，在实际中为了强调一个类是抽象类，可将该类的构造函数说明为保护的访问控制权限。 抽象类的主要作用是将有关的组织在一个继承层次结构中，由它来为它们提供一个公共的根，相关的子类是从这个根派生出来的。 抽象类刻画了一组子类的操作接口的通用语义，这些语义也传给子类。一般而言，抽象类只描述这组子类共同的操作接口，而完整的实现留给子类。 抽象类只能作为基类来使用，其纯虚函数的实现由派生类给出。如果派生类没有重新定义纯虚函数，而派生类只是继承基类的纯虚函数，则这个派生类仍然还是一个抽象类。如果派生类中给出了基类纯虚函数的实现，则该派生类就不再是抽象类了，它是一个可以建立对象的具体类了。本章小结： 动态联编下的多态性（主要体现在函数覆盖）是不太容易理解的，可以分成几个层次理解它：1 设计概计和思想，本章的例3作了较好的说明。这是与语言无关的，也是最重要的。2 知道动态联编是“自下向上”而静态联编是“自上向下”绑定对象，对于阅读和编写程序很有帮助。这虽是实现层面的东西，但几乎也与语言无关，因为面向对象语言都按此顺序绑定对象。3 具体到C+，通过理解虚表，理解动态联编是怎样实现的，为什么需要指针或引用调用虚函数。本章课后习题：理解例1-例5的代码