基于C++與虛函數(shù)的多態(tài)性編程實現(xiàn)機制探討

1、文章來源 畢業(yè)論文網(wǎng) 基于c+與虛函數(shù)的多態(tài)性編程實現(xiàn)機制探討文章來源 畢業(yè)論文網(wǎng)  以下是yjbys求職網(wǎng)與您分享的一篇關(guān)于基于c+與虛函數(shù)的多態(tài)性編程實現(xiàn)機制探討的計算機應(yīng)用畢業(yè)論文，歡迎瀏覽！ 關(guān)鍵詞: 動態(tài)聯(lián)編；虛函數(shù)；多態(tài)性 摘要: 關(guān)于虛函數(shù)能否解決類的派生過程中出現(xiàn)的切片問題，論文結(jié)合具體實例，給出了在c+中利用虛函數(shù)實現(xiàn)程序多態(tài)性的設(shè)計方法，并進(jìn)一步探討了多態(tài)性編程的實現(xiàn)機制。 中圖分類號： tp311  文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a   文章編號：1004-633x（2011）12-0061-02 多態(tài)性是面象對象程序設(shè)

2、計的重要特征，封裝性、繼承性和多態(tài)性一起并稱為oop（object oriented programming）的三大特征，多態(tài)性是面象對象編程技術(shù)的核心組件之一。多態(tài)性對于c+的學(xué)習(xí)者來說是學(xué)習(xí)過程中最困難的概念，也是理解oop的轉(zhuǎn)折點1。本文基于具體案例，給出了在c+中利用虛函數(shù)實現(xiàn)面向?qū)ο缶幊痰亩鄳B(tài)性的設(shè)計方法，并進(jìn)一步探討了多態(tài)性編程的實現(xiàn)機制。 1 多態(tài)性與虛函數(shù) 多態(tài)性是指為一個函數(shù)名關(guān)聯(lián)多種含義的能力，即同一種調(diào)用方式可以映像到不同的函數(shù)。這種把函數(shù)的調(diào)用與適當(dāng)?shù)暮瘮?shù)體對應(yīng)的活動又稱為綁定（binding）。根據(jù)綁定所進(jìn)行階段的不同，可分為早期綁定（early

3、binding）、晚期綁定（late binding），早期綁定發(fā)生在程序的編譯階段，稱為靜態(tài)聯(lián)編(static binding)，晚期綁定發(fā)生在程序的運行階段，稱為動態(tài)聯(lián)編（dynamic binding）。c+支持基于靜態(tài)聯(lián)編和動態(tài)聯(lián)編的兩種不同的多態(tài)性：編譯時的多態(tài)性和運行時的多態(tài)性。 1.1 編譯期多態(tài) 編譯期多態(tài)在oop中的具體體現(xiàn)是函數(shù)重載(overloading)，函數(shù)重載指的是允許多個不同函數(shù)使用同一個函數(shù)名，但要求這些同名函數(shù)具有不同的參數(shù)表（當(dāng)然，函數(shù)體的代碼也不同）：參數(shù)表中的參數(shù)個數(shù)不同、參數(shù)表中對應(yīng)的參數(shù)類型不同或參數(shù)表中不同類型參數(shù)的次序不同。&

4、nbsp;系統(tǒng)對函數(shù)重載這種多態(tài)性的分辨與處理是在編譯階段完成的。因為重載函數(shù)的形參表是不同的，因些，在編譯過程中，系統(tǒng)就可以根據(jù)函數(shù)調(diào)用時的實參類型來匹配這些同名的函數(shù)，進(jìn)而確定函數(shù)調(diào)用語句實際上對應(yīng)的函數(shù)體代碼（位置），故稱這種多態(tài)性是編譯期多態(tài)。 1.2 運行期多態(tài) 通過動態(tài)聯(lián)編技術(shù)，為一個函數(shù)名關(guān)聯(lián)多種含義的能力，稱為運行期多態(tài)性。 為增強多態(tài)性，c+不僅支持函數(shù)的重載，還允許在不同的類中出現(xiàn)其原型完全相同的函數(shù)，即所謂的超載。函數(shù)超載(overriding) 是指在基類與其派生類的范圍內(nèi)，允許多個不同函數(shù)使用完全相同的函數(shù)名、函數(shù)參數(shù)表和函數(shù)返回類型。函

5、數(shù)的超載在更高的層次上充分體現(xiàn)了程序的多態(tài)性。由于函數(shù)超載允許不同的函數(shù)具有完全相同的函數(shù)原型，因此在編譯階段無法判別此次調(diào)用應(yīng)執(zhí)行哪段函數(shù)代碼。只有到了運行過程執(zhí)行到此處時，本文來自論文之家:,轉(zhuǎn)載請保留此標(biāo)記才有可能臨時判別執(zhí)行哪一段函數(shù)代碼，即動態(tài)聯(lián)編。函數(shù)的超載需要動態(tài)聯(lián)編技術(shù)的支持，而動態(tài)聯(lián)編是通過虛函數(shù)來實現(xiàn)的。 1.3虛函數(shù)(virtual function) 在定義某一基類（或其派生類）時，若將其中的某一個非靜態(tài)成員函數(shù)的屬性說明為virtual，則稱該函數(shù)為虛函數(shù)。 虛函數(shù)的使用與函數(shù)超載密切相關(guān)2。第一，基類中某函數(shù)被說明為虛函數(shù)；第二，其派生

6、類中又用到與該函數(shù)同一接口，但函數(shù)體不同的超載函數(shù)。二者齊備，當(dāng)編譯到對此函數(shù)的調(diào)用時，相當(dāng)于告訴編譯器：“不用綁定與此函數(shù)名對應(yīng)的具體的函數(shù)代碼段，等到運行時再從具體對象實例中確定它的具體實現(xiàn)。”3這種技術(shù)即晚期綁定技術(shù)，這種技術(shù)使得運行期對一個虛函數(shù)的調(diào)用隨著對象實例的變化可以呈現(xiàn)多種結(jié)果，即程序呈現(xiàn)運行期的多態(tài)性。虛函數(shù)是這種運行期多態(tài)性得以實現(xiàn)的必要條件，函數(shù)超載是多態(tài)性的意義所在。 2 利用虛函數(shù)實現(xiàn)程序的多態(tài)性 有了虛函數(shù)的支持就一定能實現(xiàn)動態(tài)聯(lián)編，在程序運行中呈現(xiàn)多態(tài)性嗎？在程序設(shè)計中要采用什么方法才能利用動態(tài)聯(lián)編技術(shù)，體現(xiàn)程序的多態(tài)性

7、呢？下面分三種情況討論。 （1）虛函數(shù)并不是程序多態(tài)的充分條件。下面程序1中類的成員函數(shù)雖聲明為虛函數(shù)，但仍發(fā)生了切片問題3。 程序1 #include<iostream> #include<string> using namespace std; class pet public: string name; virtual void print();  class dog:public pet public: string breed;&n

8、bsp;virtual void print();  void main()  pet pet_object;  dog dog_object; dog_="珍妮" dog_object.breed="great dane" pet_object =dog_object; pet_object.print();/切片問題，  void pet:print() cout<<"寵物名字:"<

9、<name<<endl; void dog:print() cout<<"寵物名字:"<<name<<endl; cout<<"寵物品種:"<<breed<<endl;  雖然程序中將一個派生類寵物狗對象dog_object賦給了一個基類寵物對象pet_object，但調(diào)用虛函數(shù)print()時，并沒有隨著對象實例的變化而呈現(xiàn)多態(tài)現(xiàn)象，從而去綁定派生類對象的虛函數(shù)。程序的運行結(jié)果是：“寵物名字:珍妮&rd

10、quo;，沒有輸出派生類寵物狗對象dog_object所有的屬性值，而是切去了派生類新增部分的屬性，出現(xiàn)了切片問題。 （2）在程序設(shè)計中，將類及其派生類重載的成員函數(shù)聲明為虛函數(shù)，再利用派生類對象初始化基類對象的引用，能實現(xiàn)程序的多態(tài)性，即： baseclass& base_object= derived_object 如程序2所示，銀行允許開設(shè)多種不同的帳戶，下面程序2中為基本銀行帳戶定義了一個基類bankaccount，又定義了兩個派生類marketaccount和 cdaccount，分別代表具有不同取款規(guī)則的帳戶，在每個類中都重載了取款成員函數(shù)wi

11、thdraw()，以適用于所有不同取款規(guī)則的帳戶。轉(zhuǎn)帳操作應(yīng)在所用對象之間進(jìn)行，在完成轉(zhuǎn)帳操作的成員函數(shù)convert()實現(xiàn)代碼中，取款成員函數(shù)withdraw()應(yīng)隨著實例對象（取款帳戶）other的變化而分別綁定不同類的重載的函數(shù)段，則對于重載的成員函數(shù)withdraw()必須采用動態(tài)聯(lián)編的方式進(jìn)行綁定，為此在下面程序中做了這樣的設(shè)計：聲明withdraw()為虛函數(shù); 將轉(zhuǎn)帳函數(shù)convert()的形參設(shè)計成基類對象的引用bankaccount&，當(dāng)轉(zhuǎn)帳函數(shù)以不同的帳戶對象（特別是派生類對象）被調(diào)用時，實際上是用派生類對象初始化了基類對象的引用。程序運行測試結(jié)果達(dá)到了預(yù)期的目的

12、，當(dāng)然，程序中略去了所有其它與本文討論無關(guān)的成員函數(shù)及實現(xiàn)的細(xì)節(jié)，將存款函數(shù)聲明為虛函數(shù)也不是必須的，這是為了下節(jié)說明的方便。 程序2 #include<iostream> #include<cstring> using namespace std; class bankaccount  char name80; double balance; public: bankaccount(char ,double); virtual void deposit(double amount

13、); virtual bool withdraw(double); void convert(bankaccount&,int );  class marketaccount :public bankaccount   int withdraw_numbers; public: marketaccount(char ,double); virtual bool withdraw(double )  class cdaccount:public bankaccount&

14、nbsp; double interest_rate; public: cdaccount(char ,double,double); virtual bool withdraw(double );  bool bankaccount :withdraw(double amount)  balance-=amount; return 1;  bool  cdaccount :withdraw(double amount) cout<<"提前取款，罰利息的25%n&

15、quot; double temp=amount+get_balance() *interest_rate/100; balance-=temp; return 1;  bool marketaccount :withdraw(double amount)  cout<<"取款交手續(xù)費1.5n; balance-=amount+1.5; return 1;  /將other帳戶的錢轉(zhuǎn)至當(dāng)前帳戶 void bankaccount:convert (bank

16、account& other,int amount)  other.withdraw(amount) deposit(amount);  / ……(略去其余函數(shù)的實現(xiàn)部分) void main()  cdaccount zhang ("張華",1000,3); marketaccount wang ("王芳",300); wang.convert(zhang ,500);  （3）程序設(shè)計中，將類及其派生類重載的成員函數(shù)

17、聲明為虛函數(shù)，利用指向基類和派生類指針的賦值兼容性，實現(xiàn)程序的多態(tài)性，即： baseclass * base_object _point=&derived_object 真對上述程序2，只須將轉(zhuǎn)帳函數(shù)的參數(shù)類型改為指向基類對象的指針，并作如下調(diào)整： void bankaccount:convert (bankaccount* other,int amount)  other->withdraw(amount) deposit(amount);  對函數(shù)調(diào)用時的實參對象要采用對象地址的格式。 

18、在以樹形為主要結(jié)構(gòu)的類的派生關(guān)系中，虛函數(shù)是架構(gòu)程序模塊的主要方式，虛函數(shù)在基類中對某種操作提供一個框架，在派生類中為框架提供不同的實現(xiàn)，虛函數(shù)的語義決定了只有當(dāng)用父類指針訪問它們時，才能實現(xiàn)運行時的多態(tài)性4，從而解決切片問題。 3 虛函數(shù)的實現(xiàn)機制 c+中的虛函數(shù)是實現(xiàn)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計最重要的語言機制，是動態(tài)聯(lián)編技術(shù)實現(xiàn)程序多態(tài)性的基石。但是程序執(zhí)行的時候，代碼已經(jīng)脫離編譯器、鏈接器的干預(yù)，那么是誰完成執(zhí)行時的動態(tài)聯(lián)編？背后的技術(shù)是什么？ 實際上編譯器在程序靜態(tài)編譯期已經(jīng)做好了必要的準(zhǔn)備：它為每一個包含了虛函數(shù)的類產(chǎn)生一個虛擬函數(shù)表vtab，為該類的所有對象共享

19、；為類的每一個實例對象添加一個指針分量vptr，該指針指向所屬類的虛函數(shù)表vtab5。 虛函數(shù)表vtab中的每一項是一個虛函數(shù)地址，類中的每一個虛函數(shù)都在表中確切的占有一項。程序2中派生類對象cdaccount:zhang的內(nèi)存部局和類的虛函數(shù)表如圖1所示。 在圖1中注意到，編譯器會把指向虛函數(shù)表的指針存放于對象實例最前面的位置，這保證運行時我們可以通過對象實例的地址得到這張?zhí)摵瘮?shù)表，然后就可以遍歷其中的函數(shù)指針，并調(diào)用相應(yīng)的虛函數(shù)。在程序2的主函數(shù)中增加如下代碼： typedef void(*fun)(void); fun pfun=null; /由對象zhang的地址得到對象頭部的指針分量 cout<<(int*)(&zhang)<<endl; /取得虛函數(shù)表vtab的地址 cout<<(int*)*(int*)(&zhang)<<endl;