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第5章 多态性 章
本章主要内容
多态性的概念和多态类型 联编 虚函数 抽象类 运算符重载
《面向对象技术与Visual C++》--第5章
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5.1 多态性的概念
多态性是指具有相似功能的不同函数使用同一个 名称来实现， 名称来实现，从而可以使用相同的调用方式来调 用这些具有不同功能的同名函数的特性。 用这些具有不同功能的同名函数的特性。 C++的多态性是指对同一条消息，被不同类型的 的多态性是指对同一条消息， 的多态性是指对同一条消息 对象接收将产生不同的行为。 对象接收将产生不同的行为。 多态性是实现“一种接口，多种方法”的技术。 多态性是实现“一种接口，多种方法”的技术。 这里的“一种接口”是指相同函数名， 这里的“一种接口”是指相同函数名，而“多种 方法”是指多种函数实现。 方法”是指多种函数实现。
运行结果： 运行结果： a=10 b=20 // pa=&bb; 1 a=1 b=20 // pb=(B *)pa; a=1
虽然有pa=&bb，但静态联编的隐式类型转换却将 虽然有 pa=&aa转回，使pa仍然 转回， 仍然->A::geta()和A::print()而 转回 仍然 和 而 没指向派生类成员以致结果不统一 结果不统一。 没指向派生类成员以致结果不统一。再看教材例 5-1 编程需要编译器能改变这种基类属性，所以引入了 编程需要编译器能改变这种基类属性， 动态联编。 动态联编。其方法就是在基类中将可能发生改变的 成员函数声明为虚函数 虚函数。 成员函数声明为虚函数。
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5.3 虚函数
C++通过虚函数实现多态性。虚函数存在于继承 通过虚函数实现多态性。 通过虚函数实现多态性 环境中，在继承关系下，派生类作为基类的子类 子类， 环境中，在继承关系下，派生类作为基类的子类，在 任何要求基类对象的地方使用派生类对象都有意义。 任何要求基类对象的地方使用派生类对象都有意义。 class 类名 {//…… virtual 类型 函数名 参数表 ；//成员函数原型前加 函数名(参数表 参数表)； 成员函数原型前加 //…… //关键字 关键字virtual 关键字 }; 当一个类的成员函数说明为虚函数后， 当一个类的成员函数说明为虚函数后，就可以在该 类的（直接或间接）派生类中定义与其基类虚函数原 类的（直接或间接）派生类中定义与其基类虚函数原 型相同43;》--第5章 3
也可以说多态性就是指同样的消息被类的不同 的对象接收时导致的完全不同的行为的一种现象。 的对象接收时导致的完全不同的行为的一种现象。 这里所说的消息即对类成员函数的调用。 这里所说的消息即对类成员函数的调用。 C++支持两种不同类型的多态：一种是编译时 支持两种不同类型的多态： 支持两种不同类型的多态 的多态，另一种是运行时的多态。 的多态，另一种是运行时的多态。在编译时的多态 是通过静态联编实现； 静态联编实现 是通过静态联编实现；而在运行时的多态则是通过 动态联编实现 实现。 动态联编实现。 利用多态性，用户能够发送一般形式的消息， 利用多态性，用户能够发送一般形式的消息， 而将所有的实现细节留给了消息的对象，所以说多 而将所有的实现细节留给了消息的对象，所以说多 态性与数据封装和继承共同构成面向对象程序设计 态性与数据封装和继承共同构成面向对象程序设计 三大机制。 的三大机制。
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5.2.2 动态联编
动态联编是在程序运行过程中， 动态联编是在程序运行过程中，根据程序运行的需 是在程序运行过程中 要进行的联编( 静态联编是在编译阶段进行的 是在编译阶段进行的) 要进行的联编(而静态联编是在编译阶段进行的)。 由于基类指针可以指向该基类的任何派生类对象， 由于基类指针可以指向该基类的任何派生类对象， 因此要使基类指针能正常调用不同的成员函数， 基类指针能正常调用不同的成员函数 因此要使基类指针能正常调用不同的成员函数，而引入 了动态联编。但具体是否使用动态联编， 了动态联编。但具体是否使用动态联编，还要看所调用 的是否是虚函数 虚函数。 实现静态联编 静态联编， 的是否是虚函数。（实现静态联编，在编译阶段就确定 函数名与代码间的对应关系 的对应关系， 函数名与代码间的对应关系，当通过对象名调用成员函 数时，只可能是调用对象自身的成员） 数时，只可能是调用对象自身的成员）。 动态联编的优点是提供了更好的编程灵活性、问题 动态联编的优点是提供了更好的编程灵活性、 抽象性和程序易维护性，缺点是与静态联编相比， 抽象性和程序易维护性，缺点是与静态联编相比，函数 调用速度慢。 调用速度慢。
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对于第（ ）种情况， 对于第（3）种情况，由于可以把一个公有派生 类对象当作基类对象处理， 类对象当作基类对象处理，所以可以用基类指针 指向其派生类对象。 必须注意的是 的是， 指向其派生类对象。但必须注意的是，由于基类 基类指针仅能 指针本身的类型并没有改变，因此基类指针 指针本身的类型并没有改变，因此基类指针仅能 访问派生类中的基类部分。在程序中，当把派生 派生类中的基类部分 访问派生类中的基类部分。在程序中，当把派生 类对象的指针赋给基类指针时 编译器能自动 赋给基类指针 自动完 类对象的指针赋给基类指针时，编译器能自动完 隐式类型转换。 类型转换 成隐式类型转换。 对于第（ ）种情况， 对于第（4）种情况，将派生类指针直接指向基 类对象十分危险，因为编译器不允许、 类对象十分危险，因为编译器不允许、也不提供 隐式类型转换。当然， 隐式类型转换。当然，程序员如果采用强制类型 转换，也可以把基类指针转换为派生类指针 基类指针转换为派生类指针， 转换，也可以把基类指针转换为派生类指针，但 这时要正确地使用该指针。 这时要正确地使用该指针。
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5.3.1 虚函数声明
多态性概念：定义了虚函数， ①多态性概念：定义了虚函数，则基类指针指向其派 生类对象时，系统会自动用派生类中同名函数 同名函数替代基类 生类对象时 ， 系统会自动用派生类中 同名函数 替代基类 中的虚函数 也就是说， 虚函数。 中的 虚函数 。 也就是说 ， 当用基类指针指向不同派生类 对象时，系统会在程序运行中根据所指向对象的不同， 对象时， 系统会在程序运行中根据所指向对象的不同， 自动选择适当的函数，从而实现了运行时的多态性 适当的函数 多态性。 自动选择适当的函数，从而实现了运行时的多态性。 多态性条件： ②多态性条件：虚函数可以在一个或多个派生类中被 重新定义。属于函数重载 函数重载， 重新定义 。 属于 函数重载 ， 它要求在派生类中重新定义 必须与基类中的函数原型完全相同 包括函数名 与基类中的函数原型完全相同： 函数名、 时 ， 必须 与基类 中的 函数原型完全相同 ： 包括 函数名 、 返回类型、参数个数和参数类型的顺序。 返回类型 、 参数个数 和 参数类型 的 顺序 。 这时无论在派 生类的相应成员函数前是否加上关键字virtual，都将 视 生类的相应成员函数前是否加上关键字 ， 都将视 其 为虚函数。 如果函数原型不同， 只是函数名相同， 为虚函数 。 如果函数原型不同 ， 只是函数名相同 ， C++将视 其 为一般 的 函数重载 ， 不具备多态性 。 只有 类 为一般的 函数重载， 不具备多态性。 只有类 将 的成员函数才能声明为虚函数， 才能声明为虚函数 的成员函数 才能 声明为虚函数 ， 全局函数及静态成员函 不能声明为虚函数 为虚函数。 数不能声明为虚函数。
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5.2 联编
多态性的实现过程中， 多态性的实现过程中，确定调用哪个同名函数的 过程就是联编（ ），又称绑定 过程就是联编（binding），又称绑定。 ），又称绑定。 联编是指计算机程序自身彼此关联的过程， 联编是指计算机程序自身彼此关联的过程，也就 是把一个标识符名和一个存储地址联系在一起的 过程。 过程。 用面向对象的术语讲， 用面向对象的术语讲，就是把一条消息和一个对 象的方法相结合的过程。 象的方法相结合的过程。 按照联编进行的阶段的不同，可以分为静态联编 按照联编进行的阶段的不同，可以分为静态联编 动态联编， 和动态联编，这两种联编过程分别对应着多态性 的两种实现方式。 的两种实现方式。
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【例5-1】基类指针、派生类指针、基类对象和派生类 】基类指针、派生类指针、 对象四者间组合的使用情况示例。 对象四者间组合的使用情况示例。
#include <iostream.h> class A //定义类 定义类A 定义类 {private: int a; public: A(int i=1) {a=i;} void print(); int geta(); }; void A::print () { cout<<"a="<<a<<endl; } int A::geta() { return a; }
因为基类指针仅能看到派生类中的基类部分 pa->print(); //因为基类指针仅能看到派生类中的基类部分 运行结果： 运行结果： bb.print(); a=10 pb=(B *)pa; //强制类型转换，派生类 强制类型转换， 强制类型转换 b=20 pb->A::print();//指针才可指向基类对象 指针才可指向基类对象 1 } // 否则，不可。如改为 否则，不可。如改为pb=pa;则错误 则错误
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5.2.1 静态联编
1）主要特点 ） 在编译阶段完成的联编称为静态联编。 在编译阶段完成的联编称为静态联编。 在编译过程中， 在编译过程中，编译系统可以根据类型匹配 等特征来确定程序中调用操作与执行某个同 名函数实现之间的关系， 名函数实现之间的关系，即确定某一个同名 函数到底是要调用哪一段函数实现代码。 函数到底是要调用哪一段函数实现代码。 函数重载和运算符重载就是通过静态联编方 式实现的编译时的多态的体现。 式实现的编译时的多态的体现。 静态联编的优点是函数调用速度快、 静态联编的优点是函数调用速度快、效率较 缺点是编程不够灵活。 高，缺点是编程不够灵活。