第5章 多态_part1

1东软IT 人才实训中心Copyright 2009-2010 By Neusoft Group. All rights reserved高质量C++编程第5章多态本章包含如下内容：1 虚函数概念2 虚函数的实现机制3 相关继承和多态的深入探讨时间：6 学时教学方法：PPT+练习23•多态性（polymorphism ）是面向对象程序设计的一个重要特征，利用多态性可以设计和实现一个易于扩展的系统。

•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。

4强制多态参数多态重载多态包含多态多态通用多态专用多态虚函数机制(重点)const_cast< >static_cast< >reinterpret_cast< >dynamic_cast< >C 方式的()函数模板函数重载类模板运算符重载(难点)5面向对象的三个基本概念•面向对象编程基于三个基本概念：封装、继承和动态绑定•在C++中：– 1. 用类进行数据抽象和封装– 2. 继承：保持已有类的特性而构造新类的过程。

– 3. 动态绑定使编译器能够在运行时决定是使用基类中定义的函数还是派生类中定义的函数。

继承和动态绑定的作用•继承和动态绑定在两个方面简化了我们的程序：–能够容易地定义与其他类相似但又不相同的新类–能够更容易地编写忽略这些相似类型之间区别的程序。

•现在写的程序可以调用将来(按规定)写的函数。

无论再从Shape派生出什么类型,希望这段代码都能够适用.float GetArea(const Shape& shape){return shape.Area();// shape为何我们不想关心！}6•从实际问题出发•我们的Clock必须要有说明性文字class Clock{public:void ShowInstruction(){cout<<"能显示时间的表，售价150元!"<<endl;}private:int m_Hour;int m_Minute;};7•ShowInstruction在派生类中的实现需要改变class Media_Clock: public Clock{public:void ShowInstruction(){cout<<"能播放音乐的表，售价200元!"<<endl;}};89对象的“精神分裂”•对象快疯了，我到底是谁？！•能显示时间的表，售价￥150。

•能播放音乐的表，售价￥200。

int main() {Media_Clock MediaClk;Clock *pClk = &MediaClk;MediaClk.ShowInstruction();pClk->ShowInstruction();return 0;}运行结果？10※最佳实践•任何情况下都不该重新定义一个继承而来的non-virtual 函数。

•这是站在语义的观点上得出的结论，当然如果一定要重新定义non-virtual 函数，编译器并不会阻拦。

11继承体系中的“不变性”和“特异性”•有些函数在继承体系中的实现是保持不变的，例如：–void Clock::ShowTime() const;•有些函数在继承体系中的实现是要发生变化的，这类函数虽然接口保持不变，但是实现却是需要变化–例如：void Clock::ShowInstruction() const;virtual 函数(虚函数)•如果一个函数确实存在“特异性”，我们应该把它表达出来！•语法是在声明处指明virtual。

•只有类的non-static成员函数才可为virtual，并且构造函数不能为virtual。

class Clock {public:virtual void ShowInstruction() const;};•语义是希望这个函数的实现在派生类中被修改12•一旦函数在基类中声明为虚函数，它就一直为虚函数，派生类无法改变该函数为虚函数这一事实。

派生类重定义虚函数时，可以使用virtual 保留字，但不是必须这样做。

class Media_Clock:public Clock{public:virtual void ShowInstruction() const; //virtual可以省略};1314•派生类中虚函数的声明必须与基类中的定义方式完全匹配(虚析构函数除外，可以把析构函数看成名字为~的函数)。

•但有一个例外：返回对基类型的引用（或指针）的虚函数。

派生类中的虚函数可以返回基类函数所返回类型的派生类的引用（或指针）。

•注：这种性质只有在VC6.0以上的版本才能体现出来。

多态的魔术--见证奇迹的时刻class B{public:virtual void test(){cout<<"B"<<endl;} protected:private:};class D:public B {public:void test() {cout<<"D"<<endl;} protected:private:};void f(B*pb){//与pb真正绑定的类型相关pb->test(); //与类型无关的程序}int main(){B b;D d;f(&b);f(&d);return 0;}//先了解结论，我们再进一步分析1516静态类型、动态类型•静态类型：编译时确定下的类型，或者简单说是定义变量时的类型。

•动态类型：运行时变量实际绑定的类型，编译时无法确定，只能等运行时才知道。

•动态绑定、静态绑定–virtual function 动态绑定–non-virtual function 静态绑定17可以在运行时确定virtual 函数的调用•通过引用或指针调用虚函数时，编译器将生成代码，在运行时确定调用哪个函数，被调用的是与动态类型相对应的函数。

•在编译时确定非virtual 调用，被调用的是与静态类型相对应的函数。

•在编译时确定对象所调用的函数，被调用的是对象自身的函数。

•对象没有多态性！18※产生包容多态需要满足的条件•5条，缺一不可–必须有继承产生的类族–必须是公有继承(类型兼容)–基类的某成员函数使用了virtual –派生类的成员函数要重写该虚函数–派生类对象需要指针或引用来调用虚成员函数•由第五点可以看出，指针和引用的动态类型和静态类型不同是C++支持多态的基石。

示例1class Base{public:void f() {cout<<"Base::f\n";} virtual void g(){cout<<"Base::g\n";} protected:private:};class Derived:public Base { public://为了示范，工程中不要重//写non-virtual函数void f(){cout<<“Derived::f\n”;}void g(){cout<<"Derived::g\n";}void h(){cout<<"Derived::h\n";} protected:private:};19练习练习一：Base b; Derived d;b.f();b.g();b.h();d.f();d.g();d.h();练习二：Base b;Derived d;Base *pb= &b;pb->f();pb->g();pb->h();Base *pb1 = &d;pb1->f();pb1->g();pb1->h();练习三：Derived d;Derived *pd = &d;pd->f();pd->g();pd->h();分析？分析？分析？20第5章多态本章包含如下内容：1 虚函数概念2 虚函数的实现机制3 相关继承和多态的深入探讨时间：6 学时教学方法：PPT+练习2122•每个类会维护一个vtable ，用来登记虚函数。

vfptr//非静态数据成员……………………vtable……vfptr//非静态数据成员………………class Base {public:virtual void f1() {} virtual void f2() {} virtual void f3() {} protected:private:};class Derived:public Base { public:virtual void f2() {} virtual void f3() {} protected:private:};vfptr………………[0]vfptrB::f1B::f2B::f3[1][2]vfptr…………………………vfptrB::f1D::f2D::f3[0][1][2]23掌握本质--轻松解决问题例1class A{public:virtual void f(){cout<<"A::f";}};class B:public A {public:virtual void f() {cout<<"B::f";} };class C:public B{public:};int main(){C c;A *p = &c;p->f();return 0;}24例2class Base {public:virtual void f(){cout<<"Base::f\n";} protected:private:};class Derived:public Base { public:virtual void f(){cout<<"Derived::f\n";} virtual void g(){cout<<"Derived::g\n";}protected:private:};int main(){Derived d;Base *pb= &d;pb->f();pb->g();return 0;}//Base类的指针探查不到子类//新增的虚函数25例2解析class Base {public:virtual void f(){cout<<"Base::f\n";} protected:private:};class Derived:public Base { public:virtual void f(){cout<<"Derived::f\n";} virtual void g(){cout<<"Derived::g\n";}vfptr………………[0]vfptrB::f[1][2]vfptr…………………………vfptrD::fD::g[0][1][2]26class Base {public:virtual void f(){cout<<"Base::f\n";} protected:private:};class Derived:public Base { public:void f() const{cout<<"Derived::f\n";} protected:private:};int main(){Derived d;Base *pb= &d;pb->f();return 0;}27class Base {public:virtual void f(){cout<<"Base::f\n";} protected:private:};class Derived:public Base { public:virtual void f() const{cout<<"Derived::f\n";} protected:private:};int main(){Derived d;Base *pb= &d;pb->f();return 0;}28例4解析class Base {public:virtual void f(){cout<<"Base::f\n";} protected:private:};class Derived:public Base { public:virtual void f() const{cout<<"Derived::f\n";} protected:private:};vfptr………………[0]vfptrB::f[1][2]vfptr…………………………vfptrB::fD::f const[0][1][2]29例5class Base1 {public:virtual void fb1() {cout<<"Base1::fb1\n";} };class Base2 {public:virtual void fb2() {cout<<"Base2::fb2\n";} };class Derived:public Base1, public Base2{ public:virtual void fb1() {cout<<"Derived::fb1\n";} virtual void fb2() {cout<<"Derived::fb2\n";} virtual void f3() {cout<<"Derived::f3\n";} };int main(){Derived d;Base1 *pb1 = &d;Base2 *pb2 = &d;pb1->fb1();pb2->fb2();return 0;}3031例5解析vfptr………………[0]vfptrB1::fb1[1][2]vfptr………………[0]vfptrB2::fb2[1][2]vfptr ………………[0]………………[0]vfptrD::fb1D::fb2D::f3[1][2]※继承体系中的析构函数class B {public:virtual void test(){cout<<"B"<<endl;}~B() {cout<<"析构B"<<endl;} protected:private:};class D:public B {public:void test() {cout<<"D"<<endl;} ~D() {cout<<"析构D"<<endl;} protected:private:int main(){D *pd = new D;delete pd;B *pb= new D;delete pb;return 0;}32你真的可以为你的类设计虚析构函数class B {public:virtual void test(){cout<<"B"<<endl;}virtual~B() {cout<<"析构B"<<endl;}};class D:public B{public:void test() {cout<<"D"<<endl;} ~D() {cout<<"析构D"<<endl;} };int main(){D *pd = new D;delete pd;B *pb= new D;delete pb;return 0;}33Copyright ©2009 版权所有东软集团34。