面向对象程序设计PPT课件 PPT资料共63页
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Stringed object vptr
Percussion object vptr
&Wind::play() & Stringed::play() & Percussion::play()
06.11.2019
第5章多态与抽象类
37
当通过对象调用虚函数时，是通过 vptr找到虚函数表，再找出虚函数的 真正地址。
06.11.2019
第5章多态与抽象类
28
【思考题5-4】将例5-5中用对象调用
虚函数，其结果如何？
【注意】只有通过对象指针或对象引 用来调用虚函数，才能实现动态联编 。如果采用对象来调用虚函数，则采 用的是静态联编方式。
06.11.2019
第5章多态与抽象类
29
【例5-6】将例5-4基类的成员函数 print()设为虚函数，采用对象引用调 用虚函数，进而实现动态联编。
06.11.2019
第5章多态与抽象类
32
小结
（1）如果你期望在派生类中重新定义一 个成员函数，那么你就应该在基类中 把该函数设为virtual。
（2）以单一指令调用不同函数，这种性 质就是"多态"。
（3）虚函数是C++语言的多态性质和动 态绑定的关键。
（4）虚函数派生下去仍是虚函数，而且
可以省略virtual关键词。 06.11.2019
25
该程序的运行结果为:
A student A graduate student A student A student A graduate student
06.11.2019
第5章多态与抽象类
26
【思考题5-5】如果将例5-5中Student类改 为：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
class Student
{
public:
在替代之后，派生类对象就可以作为 基类的对象使用，但只能访问从基类
继承的成员。 06.11.2019
第5章多态与抽象类
9
【例5-3】示例类型兼容规则的应用。 教材P261，该程序的运行结果为：
Base class Base class Base class Derivel class Derive2 class
06.11.2019
第5章多态与抽象类
4
在主函数中建立了4个不同类的对象，进行 了类似的操作，重复写了4遍类似的语句。
应该怎样有效地来处理它们同样的行为呢 ？我们首先想到的是用循环解决，但调用 这些同名函数的对象却不相同。
分析这些对象有一个共同点，那就是来自
于同一个基类，而基类与派生类对象有什
《面向对象程序设计》
第5章 多态与抽象类
内容提要
5.1 类层次的多态问题 5.2 类型兼容规则(重点) 5.3 多态的概念 5.4 多态的分类 5.5 联编 5.6 虚函数(重点) 5.7 抽象类与纯虚函数(重点)
提出问题
【例5-1】在例4-1程序中存在的两个 不足：
06.11.2019
第5章多态与抽象类
30
运行结果表明，只要定义一个基类的 对象指针或对象引用，就可以调用期 望的虚函数。
思考题:如果将对象引用或对象指针换 为对象,那么是静态联编。
06.11.2019
第5章多态与抽象类
31
在实际应用中，编程人员不必过多地 考虑类的层次关系，无须显式地写出 虚函数的路径，只须将对象指针指向 相应的派生类或引用相应的对象，通 过动态联编就可以对消息做出正确的 反应。
么关系呢？事实上，它们遵循类型兼容规
则。 06.11.2019
第5章多态与抽象类
5
Employee *emp[4]={&m1,&t1,&s1,&sm1}; //声明 抽象类指针数组
for(int i=0;i<4;i++)
{
emp[i]->Pay(); //单一指令，实现多态， 计算指针指向对象的工资
06.11.2019
第5章多态与抽象类
23
在程序运行时，不同类的对象调用各 自的虚函数，这就是运行时多态。
06.11.2019
第5章多态与抽象类
24
【例5-5】将例5-4基类的成员函数 print()设为虚函数，采用对象指针调 用虚函数，进而实现动态联编。
06.11.2019
第5章多态与抽象类
06.11.2019
第5章多态与抽象类
10
根据类型兼容规则，基类指针p可以指 向派生类对象obj2、obj3（即派生类 对象可以代替基类对象，给基类指针 赋值），但编译时，编译器根据p的类 型是基类型，自动调用基类的who()， 所以结果如上所示。
06.11.2019
第5章多态与抽象类
11
【思考题5-3】如果基类指针要访问派 生类的who()，怎么办？
06.11.2019
第5章多态与抽象类
19
5.6 虚函数
虚函数就是在基类中被关键字virtual 说明、并在一个或多个派生类中被重 新定义的成员函数。
06.11.2019
第5章多态与抽象类
20
声明虚函数的格式如下：
virtual <函数值类型> <函数名>(<参数表>);
06.11.2019
06.11.2019
第5章多态与抽象类
35
每一个含有虚函数的类，编译器都为 它做一个虚函数表，表中的每一项都 指向一个虚函数的地址，实现上是一 个函数指针的数组。此外，编译器也 会为类加上一个数据成员，是一个指 向该虚函数表的指针（vptr）。
06.11.2019
第5章多态与抽象类
36
Wind object vptr
virtual void print(); //虚函数的声明
};
virtual void Student::print() //虚函数的实现
{
cout<<"A student"<<endl;
}06.11.2019
第5章多态与抽象类
27
注意：当有虚函数声明时，virtual关 键字只用在虚函数的声明中，不能用 在虚函数定义中。
C++提供了多态机制来解决这个问题。 类型兼容规则是C++多态的重要基础。
06.11.2019
第5章多态与抽象类
12
多态
多态（Polymorphism）是指具有相似 功能的不同函数使用同一个名称来实 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。
06.11.2019
所以，将构造函数声明为虚函数是没有意
义的。
06.11.2019
第5章多态与抽象类
43
(3)内联成员函数不能声明为虚函数。 因为内联函数的执行代码是明确的， 在编译时已被替换，没有多态性的特 征。如果将那些在类声明时就定义内 容的成员函数声明为虚函数，此时函 数不是内联函数，而以多态性出现。
06.11.2019
06.11.2019
第5章多态与抽象类
17
可见，同一个指针，在不同阶段被绑 定的类对象将是不同的，进而被关联 的类成员函数也是不同的。
如何来确定是用静态联编还是用动态 联编呢？
C++规定，动态联编通过继承和虚函数 来实现。
06.11.2019
第5章多态与抽象类
18
虚函数是动态联编的基础。下面介绍 虚函数。
至于基类指针或引用指向派生类对象 时，调用的是派生类虚函数，其奥妙 在于虚函数表以及一种间接调用方式 ：
06.11.2019
第5章多态与抽象类
38
虚函数表中的内容依据类中的虚函数 声明次序，一一填入函数指针。
派生类会继承基类的虚函数表（以及
其它所有可以继承的成员），我们在
派生类中改写虚函数时，虚函数表也
员。这样，公有派生类实际就具备了 基类的所有功能，凡是基类能解决的
问题，公有派生类都可以解决。
06.11.2019
第5章多态与抽象类
8
类型兼容规则中所指替代包括以下情 况：
（1）派生类的对象可以赋值给基类的对象。
（2）派生类的对象可以初始化基类的引用。
（3）派生类的对象的地址可以赋值给基类的指 针变量。
第5章多态与抽象类
44
(4)析构函数可以是虚函数，且往往被 定义为虚函数。一般来说，若某类中 有虚函数，则其析构函数也应当定义 为虚函数。
06.11.2019
第5章多态与抽象类
45
特别是需要析构函数完成一些有意义
的操作，如释放内存时，由于实施多
态性时是通过将基类的指针指向派生
类的对象来完成的，如果删除该指针
（1）基类Pay()和Display()的函数体均为空， 在实现部分仍要写出函数体，显得冗余。
（2）在主函数中，建立了4个不同类的对象， 进行了类似的操作，重复写了4遍类似的语句 ，程序不够简洁。
06.11.2019
第5章多态与抽象类
3
分析问题
基类设置成员函数Pay()和Display() 的目的是为了统一规定类簇的基本行 为，虽有冗余，但也必要。为此，C++ 提供了纯虚函数来解决此问题。
06.11.2019
第5章多态与抽象类
42
(1)静态成员函数不能声明为虚函数。因为 静态成员函数不属于某一个对象，没有多
态性的特征。
(2)构造函数不能是虚函数。构造函数是在
定义对象时被调用，完成对象的初始化，
此时对象还没有完全建立。虚函数作为运
行时的多态性的基础，主要是针对对象的
，而构造函数是在对象产生之前运行的。
受到了影响，表中每一项所指向函数
地址将不再是基类中的函数地址，而
是派生类的函数地址。
06.11.2019
第5章多态与抽象类
39
因此，一个指向Student对象的指针， 所调用的print函数就是 Student::print(), 而一个指向 GStudent对象的指针，所调用的print 函数就是GStudent::print()。
静态联编 动态联编
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第5章多态与抽象类
15
静态联编是在编译阶段完成的联编。 例5-2、例5-3及以前的函数重载都是 采用静态联编方式。
例5-4，教材P265，是静态联编。
动态联编是在运行阶段完成的联编。
06.11.2019
第5章多态与抽象类
16
在例5-4中，静态联编把基类指针ps指 向的对象绑定到基类上，而在运行时 进行动态联编将把ps指向的对象绑定 到派生类上。
第5章多态与抽象类
21
在派生类中重新定义虚函数时，其函 数原型包括返回类型、函数名、参数 个数与参数类型的顺序，都必须与基 类中的原型必须相同。
06.11.2019
第5章多态与抽象类
22
一个函数一旦被声明为虚函数，则无 论声明它的类被继承了多少层，在每 一层派生类中该函数都保持虚函数特 性。因此，在派生类中重新定义该函 数时，可以省略关键字virtual。但是 ，为了提高程序的可读性，往往不省 略。
，就会调用该指针指向的派生类的析
构函数，而派生类的析构函数又自动
调用基类的析构函数，这样整个派生
类的对象才被完全释放。
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第5章多态与抽象类
46
因此，析构函数常被声明为虚函数。 如果一个类的析构函数是虚函数，那 么，由它派生的所有子类的析构函数 也是虚函数。
第5章多态与抽象类
33
【思考题5-8】虚函数与虚拟继承有什 么相似的地方？他们之间有没有联系 ？
如果能了解C++编译器对于虚函数的实 现形式，我们就能知道为什么虚函数 可以实现动态绑定。下面介绍虚函数 表。
06.11.2019
第5章多态与抽象类
34
5.6.3 虚函数表
为了达到动态绑定的目的，C++编译器 通过某个表格，在执行期间“间接” 调用实际上欲绑定的函数，这样的表 格称为虚函数表（vtable）。
emp[i]->Display();//单一指令，实现多态， 输出指针指向对象的信息
}
06.11.2019
第5章多态与抽象类
6
5.2类型兼容规则
类型兼容规则是指在需要基类对象的 任何地方，都可以使用公有派生类的 对象来替代。
06.11.2019
第5章多态与抽象类
7
通过公有继承，派生类得到了基类中 除构造函数、析构函数之外的所有成
06.11.2019
第5章多态与抽象类
40
将一个类的成员函数定义为虚函数有 利于编程，尽管它会引起一些额外的 开销。
那么，是否所有成员函数都可以声明 为虚函数呢？
06.11.2019
第5章多态与抽象类
41
一般来说，可将类簇中具有共性的成 员函数声明为虚函数，而具有个性的 函数没有必要声明为虚函数。但是下 面的情况例外：
第5章多态与抽象类
13
5.4 多态的分类
C++支持的多态可以分为四种类型：
重载多态：函数重载和运算符重载 强制多态：强制类型转换 包含多态：虚函数 参数多态：函数模板和类模板
06.11.2019
第5章多态与抽象类
14
联编
联编是指把一个标识符名和一个存储 地址联系在一起的过程。即函数调用 与某个函数在多态的实现过程中，确 定调用哪个同名联系的过程，又称绑 定。分为：
Percussion object vptr
&Wind::play() & Stringed::play() & Percussion::play()
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第5章多态与抽象类
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当通过对象调用虚函数时，是通过 vptr找到虚函数表，再找出虚函数的 真正地址。
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第5章多态与抽象类
28
【思考题5-4】将例5-5中用对象调用
虚函数，其结果如何？
【注意】只有通过对象指针或对象引 用来调用虚函数，才能实现动态联编 。如果采用对象来调用虚函数，则采 用的是静态联编方式。
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第5章多态与抽象类
29
【例5-6】将例5-4基类的成员函数 print()设为虚函数，采用对象引用调 用虚函数，进而实现动态联编。
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第5章多态与抽象类
32
小结
（1）如果你期望在派生类中重新定义一 个成员函数，那么你就应该在基类中 把该函数设为virtual。
（2）以单一指令调用不同函数，这种性 质就是"多态"。
（3）虚函数是C++语言的多态性质和动 态绑定的关键。
（4）虚函数派生下去仍是虚函数，而且
可以省略virtual关键词。 06.11.2019
25
该程序的运行结果为:
A student A graduate student A student A student A graduate student
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第5章多态与抽象类
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【思考题5-5】如果将例5-5中Student类改 为：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
class Student
{
public:
在替代之后，派生类对象就可以作为 基类的对象使用，但只能访问从基类
继承的成员。 06.11.2019
第5章多态与抽象类
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【例5-3】示例类型兼容规则的应用。 教材P261，该程序的运行结果为：
Base class Base class Base class Derivel class Derive2 class
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第5章多态与抽象类
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在主函数中建立了4个不同类的对象，进行 了类似的操作，重复写了4遍类似的语句。
应该怎样有效地来处理它们同样的行为呢 ？我们首先想到的是用循环解决，但调用 这些同名函数的对象却不相同。
分析这些对象有一个共同点，那就是来自
于同一个基类，而基类与派生类对象有什
《面向对象程序设计》
第5章 多态与抽象类
内容提要
5.1 类层次的多态问题 5.2 类型兼容规则(重点) 5.3 多态的概念 5.4 多态的分类 5.5 联编 5.6 虚函数(重点) 5.7 抽象类与纯虚函数(重点)
提出问题
【例5-1】在例4-1程序中存在的两个 不足：
06.11.2019
第5章多态与抽象类
30
运行结果表明，只要定义一个基类的 对象指针或对象引用，就可以调用期 望的虚函数。
思考题:如果将对象引用或对象指针换 为对象,那么是静态联编。
06.11.2019
第5章多态与抽象类
31
在实际应用中，编程人员不必过多地 考虑类的层次关系，无须显式地写出 虚函数的路径，只须将对象指针指向 相应的派生类或引用相应的对象，通 过动态联编就可以对消息做出正确的 反应。
么关系呢？事实上，它们遵循类型兼容规
则。 06.11.2019
第5章多态与抽象类
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Employee *emp[4]={&m1,&t1,&s1,&sm1}; //声明 抽象类指针数组
for(int i=0;i<4;i++)
{
emp[i]->Pay(); //单一指令，实现多态， 计算指针指向对象的工资
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第5章多态与抽象类
23
在程序运行时，不同类的对象调用各 自的虚函数，这就是运行时多态。
06.11.2019
第5章多态与抽象类
24
【例5-5】将例5-4基类的成员函数 print()设为虚函数，采用对象指针调 用虚函数，进而实现动态联编。
06.11.2019
第5章多态与抽象类
06.11.2019
第5章多态与抽象类
10
根据类型兼容规则，基类指针p可以指 向派生类对象obj2、obj3（即派生类 对象可以代替基类对象，给基类指针 赋值），但编译时，编译器根据p的类 型是基类型，自动调用基类的who()， 所以结果如上所示。
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第5章多态与抽象类
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【思考题5-3】如果基类指针要访问派 生类的who()，怎么办？
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第5章多态与抽象类
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5.6 虚函数
虚函数就是在基类中被关键字virtual 说明、并在一个或多个派生类中被重 新定义的成员函数。
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第5章多态与抽象类
20
声明虚函数的格式如下：
virtual <函数值类型> <函数名>(<参数表>);
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06.11.2019
第5章多态与抽象类
35
每一个含有虚函数的类，编译器都为 它做一个虚函数表，表中的每一项都 指向一个虚函数的地址，实现上是一 个函数指针的数组。此外，编译器也 会为类加上一个数据成员，是一个指 向该虚函数表的指针（vptr）。
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第5章多态与抽象类
36
Wind object vptr
virtual void print(); //虚函数的声明
};
virtual void Student::print() //虚函数的实现
{
cout<<"A student"<<endl;
}06.11.2019
第5章多态与抽象类
27
注意：当有虚函数声明时，virtual关 键字只用在虚函数的声明中，不能用 在虚函数定义中。
C++提供了多态机制来解决这个问题。 类型兼容规则是C++多态的重要基础。
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第5章多态与抽象类
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多态
多态（Polymorphism）是指具有相似 功能的不同函数使用同一个名称来实 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。
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所以，将构造函数声明为虚函数是没有意
义的。
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第5章多态与抽象类
43
(3)内联成员函数不能声明为虚函数。 因为内联函数的执行代码是明确的， 在编译时已被替换，没有多态性的特 征。如果将那些在类声明时就定义内 容的成员函数声明为虚函数，此时函 数不是内联函数，而以多态性出现。
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第5章多态与抽象类
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可见，同一个指针，在不同阶段被绑 定的类对象将是不同的，进而被关联 的类成员函数也是不同的。
如何来确定是用静态联编还是用动态 联编呢？
C++规定，动态联编通过继承和虚函数 来实现。
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第5章多态与抽象类
18
虚函数是动态联编的基础。下面介绍 虚函数。
至于基类指针或引用指向派生类对象 时，调用的是派生类虚函数，其奥妙 在于虚函数表以及一种间接调用方式 ：
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第5章多态与抽象类
38
虚函数表中的内容依据类中的虚函数 声明次序，一一填入函数指针。
派生类会继承基类的虚函数表（以及
其它所有可以继承的成员），我们在
派生类中改写虚函数时，虚函数表也
员。这样，公有派生类实际就具备了 基类的所有功能，凡是基类能解决的
问题，公有派生类都可以解决。
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第5章多态与抽象类
8
类型兼容规则中所指替代包括以下情 况：
（1）派生类的对象可以赋值给基类的对象。
（2）派生类的对象可以初始化基类的引用。
（3）派生类的对象的地址可以赋值给基类的指 针变量。
第5章多态与抽象类
44
(4)析构函数可以是虚函数，且往往被 定义为虚函数。一般来说，若某类中 有虚函数，则其析构函数也应当定义 为虚函数。
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第5章多态与抽象类
45
特别是需要析构函数完成一些有意义
的操作，如释放内存时，由于实施多
态性时是通过将基类的指针指向派生
类的对象来完成的，如果删除该指针
（1）基类Pay()和Display()的函数体均为空， 在实现部分仍要写出函数体，显得冗余。
（2）在主函数中，建立了4个不同类的对象， 进行了类似的操作，重复写了4遍类似的语句 ，程序不够简洁。
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第5章多态与抽象类
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分析问题
基类设置成员函数Pay()和Display() 的目的是为了统一规定类簇的基本行 为，虽有冗余，但也必要。为此，C++ 提供了纯虚函数来解决此问题。
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第5章多态与抽象类
42
(1)静态成员函数不能声明为虚函数。因为 静态成员函数不属于某一个对象，没有多
态性的特征。
(2)构造函数不能是虚函数。构造函数是在
定义对象时被调用，完成对象的初始化，
此时对象还没有完全建立。虚函数作为运
行时的多态性的基础，主要是针对对象的
，而构造函数是在对象产生之前运行的。
受到了影响，表中每一项所指向函数
地址将不再是基类中的函数地址，而
是派生类的函数地址。
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第5章多态与抽象类
39
因此，一个指向Student对象的指针， 所调用的print函数就是 Student::print(), 而一个指向 GStudent对象的指针，所调用的print 函数就是GStudent::print()。
静态联编 动态联编
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第5章多态与抽象类
15
静态联编是在编译阶段完成的联编。 例5-2、例5-3及以前的函数重载都是 采用静态联编方式。
例5-4，教材P265，是静态联编。
动态联编是在运行阶段完成的联编。
06.11.2019
第5章多态与抽象类
16
在例5-4中，静态联编把基类指针ps指 向的对象绑定到基类上，而在运行时 进行动态联编将把ps指向的对象绑定 到派生类上。
第5章多态与抽象类
21
在派生类中重新定义虚函数时，其函 数原型包括返回类型、函数名、参数 个数与参数类型的顺序，都必须与基 类中的原型必须相同。
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第5章多态与抽象类
22
一个函数一旦被声明为虚函数，则无 论声明它的类被继承了多少层，在每 一层派生类中该函数都保持虚函数特 性。因此，在派生类中重新定义该函 数时，可以省略关键字virtual。但是 ，为了提高程序的可读性，往往不省 略。
，就会调用该指针指向的派生类的析
构函数，而派生类的析构函数又自动
调用基类的析构函数，这样整个派生
类的对象才被完全释放。
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第5章多态与抽象类
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因此，析构函数常被声明为虚函数。 如果一个类的析构函数是虚函数，那 么，由它派生的所有子类的析构函数 也是虚函数。
第5章多态与抽象类
33
【思考题5-8】虚函数与虚拟继承有什 么相似的地方？他们之间有没有联系 ？
如果能了解C++编译器对于虚函数的实 现形式，我们就能知道为什么虚函数 可以实现动态绑定。下面介绍虚函数 表。
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第5章多态与抽象类
34
5.6.3 虚函数表
为了达到动态绑定的目的，C++编译器 通过某个表格，在执行期间“间接” 调用实际上欲绑定的函数，这样的表 格称为虚函数表（vtable）。
emp[i]->Display();//单一指令，实现多态， 输出指针指向对象的信息
}
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第5章多态与抽象类
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5.2类型兼容规则
类型兼容规则是指在需要基类对象的 任何地方，都可以使用公有派生类的 对象来替代。
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第5章多态与抽象类
7
通过公有继承，派生类得到了基类中 除构造函数、析构函数之外的所有成
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第5章多态与抽象类
40
将一个类的成员函数定义为虚函数有 利于编程，尽管它会引起一些额外的 开销。
那么，是否所有成员函数都可以声明 为虚函数呢？
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第5章多态与抽象类
41
一般来说，可将类簇中具有共性的成 员函数声明为虚函数，而具有个性的 函数没有必要声明为虚函数。但是下 面的情况例外：
第5章多态与抽象类
13
5.4 多态的分类
C++支持的多态可以分为四种类型：
重载多态：函数重载和运算符重载 强制多态：强制类型转换 包含多态：虚函数 参数多态：函数模板和类模板
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第5章多态与抽象类
14
联编
联编是指把一个标识符名和一个存储 地址联系在一起的过程。即函数调用 与某个函数在多态的实现过程中，确 定调用哪个同名联系的过程，又称绑 定。分为：