C++語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)(清華大學(xué)鄭莉)(8)

1、1第八章第八章 多態(tài)性多態(tài)性清華大學(xué)清華大學(xué) 鄭鄭 莉莉C+語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)C+語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)清華大學(xué) 鄭莉2本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容l多態(tài)性多態(tài)性l運(yùn)算符重載運(yùn)算符重載l虛函數(shù)虛函數(shù)l純虛函數(shù)純虛函數(shù)l抽象類抽象類C+語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)清華大學(xué) 鄭莉3多態(tài)性的概念多態(tài)性的概念l多態(tài)性是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的重要特多態(tài)性是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的重要特征之一。征之一。l多態(tài)性是指發(fā)出同樣的消息被不同類多態(tài)性是指發(fā)出同樣的消息被不同類型的對(duì)象接收時(shí)有可能導(dǎo)致完全不同型的對(duì)象接收時(shí)有可能導(dǎo)致完全不同的行為。的行為。l多態(tài)的實(shí)現(xiàn)：多態(tài)的實(shí)現(xiàn)： 函數(shù)重載 運(yùn)算符重載 虛函數(shù)C+語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)清華大學(xué) 鄭莉4問(wèn)題舉例問(wèn)題舉例復(fù)

2、數(shù)的運(yùn)算復(fù)數(shù)的運(yùn)算class complex/復(fù)數(shù)類聲明復(fù)數(shù)類聲明public:complex(double r=0.0,double i=0.0) /構(gòu)造函數(shù)構(gòu)造函數(shù) real=r; imag=i; void display();/顯示復(fù)數(shù)的值顯示復(fù)數(shù)的值private:double real;double imag;運(yùn)算符重載C+語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)清華大學(xué) 鄭莉5問(wèn)題舉例問(wèn)題舉例復(fù)數(shù)的運(yùn)算復(fù)數(shù)的運(yùn)算l用用“+”、“-”能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)數(shù)的加減運(yùn)能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)數(shù)的加減運(yùn)算嗎？算嗎？l實(shí)現(xiàn)復(fù)數(shù)加減運(yùn)算的方法實(shí)現(xiàn)復(fù)數(shù)加減運(yùn)算的方法 重載重載“+”、“-”運(yùn)算符運(yùn)算符運(yùn)算符重載C+語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)清華大學(xué) 鄭莉6運(yùn)算

3、符重載的實(shí)質(zhì)運(yùn)算符重載的實(shí)質(zhì)l運(yùn)算符重載是對(duì)已有的運(yùn)算符賦予多重含運(yùn)算符重載是對(duì)已有的運(yùn)算符賦予多重含義義l必要性必要性 C+中預(yù)定義的運(yùn)算符其運(yùn)算對(duì)象只能是基本數(shù)據(jù)類型，而不適用于用戶自定義類型（如類）l實(shí)現(xiàn)機(jī)制實(shí)現(xiàn)機(jī)制 將指定的運(yùn)算表達(dá)式轉(zhuǎn)化為對(duì)運(yùn)算符函數(shù)的調(diào)用，運(yùn)算對(duì)象轉(zhuǎn)化為運(yùn)算符函數(shù)的實(shí)參。 編譯系統(tǒng)對(duì)重載運(yùn)算符的選擇，遵循函數(shù)重載的選擇原則。運(yùn)算符重載C+語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)清華大學(xué) 鄭莉7運(yùn)算符重載規(guī)則和限制規(guī)則和限制l可以重載可以重載C+中除下列運(yùn)算符外的所中除下列運(yùn)算符外的所有運(yùn)算符：有運(yùn)算符：. .* : ?:l只能重載只能重載C+語(yǔ)言中已有的運(yùn)算符，語(yǔ)言中已有的運(yùn)算符，不可臆造新的

4、。不可臆造新的。l不改變?cè)\(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)和結(jié)合性。不改變?cè)\(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)和結(jié)合性。l不能改變操作數(shù)個(gè)數(shù)。不能改變操作數(shù)個(gè)數(shù)。l經(jīng)重載的運(yùn)算符，其操作數(shù)中至少應(yīng)經(jīng)重載的運(yùn)算符，其操作數(shù)中至少應(yīng)該有一個(gè)是自定義類型。該有一個(gè)是自定義類型。C+語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)清華大學(xué) 鄭莉8兩種形式兩種形式l重載為類成員函數(shù)。重載為類成員函數(shù)。l重載為非成員函數(shù)（通常為友元函重載為非成員函數(shù)（通常為友元函數(shù)）。數(shù)）。運(yùn)算符重載C+語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)清華大學(xué) 鄭莉9運(yùn)算符函數(shù)運(yùn)算符函數(shù)l聲明形式聲明形式函數(shù)類型 operator 運(yùn)算符（形參） .l重載為類成員函數(shù)時(shí)重載為類成員函數(shù)時(shí) 參數(shù)個(gè)數(shù)參數(shù)個(gè)數(shù)=原操作數(shù)個(gè)數(shù)原操作數(shù)個(gè)

5、數(shù)-1 （后置（后置+、-除外）除外）l重載為友元函數(shù)時(shí)重載為友元函數(shù)時(shí) 參數(shù)個(gè)數(shù)參數(shù)個(gè)數(shù)=原操作數(shù)個(gè)數(shù)原操作數(shù)個(gè)數(shù)，且至少應(yīng)該有一個(gè)自定義類型的形參。且至少應(yīng)該有一個(gè)自定義類型的形參。運(yùn)算符重載C+語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)清華大學(xué) 鄭莉10運(yùn)算符成員函數(shù)的設(shè)計(jì)運(yùn)算符成員函數(shù)的設(shè)計(jì)l雙目運(yùn)算符雙目運(yùn)算符 B 如果要重載 B 為類成員函數(shù)，使之能夠?qū)崿F(xiàn)表達(dá)式 oprd1 B oprd2，其中 oprd1 為A 類對(duì)象，則 B 應(yīng)被重載為 A 類的成員函數(shù)，形參類型應(yīng)該是 oprd2 所屬的類型。 經(jīng)重載后，表達(dá)式 oprd1 B oprd2 相當(dāng)于 oprd1.operator B(oprd2)運(yùn)算符重載C

6、+語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)清華大學(xué) 鄭莉11運(yùn)算符重載 例例 8-1 將將“+”+”、“-”-”運(yùn)算重載為復(fù)數(shù)類運(yùn)算重載為復(fù)數(shù)類的成員函數(shù)。的成員函數(shù)。l 規(guī)則規(guī)則: 實(shí)部和虛部分別相加減。實(shí)部和虛部分別相加減。l 操作數(shù)操作數(shù): 兩個(gè)操作數(shù)都是復(fù)數(shù)類的對(duì)象。兩個(gè)操作數(shù)都是復(fù)數(shù)類的對(duì)象。#includeusing namespace std;class complex/復(fù)數(shù)類聲明復(fù)數(shù)類聲明public:/外部接口外部接口complex(double r=0.0,double i=0.0)real=r;imag=i; /構(gòu)造函數(shù)構(gòu)造函數(shù)complex operator + (complex c2); /+重

7、載為成員函數(shù)重載為成員函數(shù)complex operator - (complex c2); /-重載為成員函數(shù)重載為成員函數(shù)void display(); /輸出復(fù)數(shù)輸出復(fù)數(shù)private:/私有數(shù)據(jù)成員私有數(shù)據(jù)成員double real;/復(fù)數(shù)實(shí)部復(fù)數(shù)實(shí)部double imag;/復(fù)數(shù)虛部復(fù)數(shù)虛部;12complex complex:operator +(complex c2) /重載函數(shù)實(shí)現(xiàn)重載函數(shù)實(shí)現(xiàn)complex c;c.real=c2.real+real;c.imag=c2.imag+imag;return complex(c.real,c.imag);13complex compl

8、ex:operator -(complex c2) /重載函數(shù)實(shí)現(xiàn)重載函數(shù)實(shí)現(xiàn)complex c;c.real=real-c2.real;c.imag=imag-c2.imag;return complex(c.real,c.imag);14void complex:display() cout(real,imag)endl; int main() /主函數(shù)主函數(shù) complex c1(5,4),c2(2,10),c3; /聲明復(fù)數(shù)類的對(duì)象聲明復(fù)數(shù)類的對(duì)象coutc1=; c1.display();coutc2=; c2.display();c3=c1-c2;/使用重載運(yùn)算符完成復(fù)數(shù)減法使用重

9、載運(yùn)算符完成復(fù)數(shù)減法coutc3=c1-c2=;c3.display();c3=c1+c2;/使用重載運(yùn)算符完成復(fù)數(shù)加法使用重載運(yùn)算符完成復(fù)數(shù)加法coutc3=c1+c2=;c3.display();15程序輸出的結(jié)果為：程序輸出的結(jié)果為：c1=(5,4)c2=(2,10)c3=c1-c2=(3,-6)c3=c1+c2=(7,14)16C+語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)清華大學(xué) 鄭莉17運(yùn)算符成員函數(shù)的設(shè)計(jì)運(yùn)算符成員函數(shù)的設(shè)計(jì)l前置單目運(yùn)算符前置單目運(yùn)算符 U 如果要重載 U 為類成員函數(shù)，使之能夠?qū)崿F(xiàn)表達(dá)式 U oprd，其中 oprd 為A類對(duì)象，則 U 應(yīng)被重載為 A 類的成員函數(shù)，無(wú)形參。 經(jīng)重載后，表

10、達(dá)式 U oprd 相當(dāng)于 oprd.operator U()運(yùn)算符重載C+語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)清華大學(xué) 鄭莉18運(yùn)算符成員函數(shù)的設(shè)計(jì)運(yùn)算符成員函數(shù)的設(shè)計(jì)l后置單目運(yùn)算符后置單目運(yùn)算符 +和和- 如果要重載 +或-為類成員函數(shù)，使之能夠?qū)崿F(xiàn)表達(dá)式 oprd+ 或 oprd- ，其中 oprd 為A類對(duì)象，則 +或- 應(yīng)被重載為 A 類的成員函數(shù)，且具有一個(gè) int 類型形參。 經(jīng)重載后，表達(dá)式 oprd+ 相當(dāng)于 oprd.operator +(0)運(yùn)算符重載C+語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)清華大學(xué) 鄭莉19例例8-2l運(yùn)算符前置運(yùn)算符前置+和后置和后置+重載為時(shí)鐘類重載為時(shí)鐘類的成員函數(shù)。的成員函數(shù)。l前置單目運(yùn)算

11、符，重載函數(shù)沒(méi)有形參，前置單目運(yùn)算符，重載函數(shù)沒(méi)有形參，對(duì)于后置單目運(yùn)算符，重載函數(shù)需要對(duì)于后置單目運(yùn)算符，重載函數(shù)需要有一個(gè)整型形參。有一個(gè)整型形參。l操作數(shù)是時(shí)鐘類的對(duì)象。操作數(shù)是時(shí)鐘類的對(duì)象。l實(shí)現(xiàn)時(shí)間增加實(shí)現(xiàn)時(shí)間增加1秒鐘。秒鐘。運(yùn)算符重載/8_2.cpp#includeusing namespace std;class Clock /時(shí)鐘類聲明時(shí)鐘類聲明 public:/外部接口外部接口 Clock(int NewH=0, int NewM=0, int NewS=0); void ShowTime(); Clock& operator +(); /前置單目運(yùn)算符重載前置單目

12、運(yùn)算符重載 Clock operator +(int); /后置單目運(yùn)算符重后置單目運(yùn)算符重載載 private:/私有數(shù)據(jù)成員私有數(shù)據(jù)成員 int Hour,Minute,Second;20Clock& Clock:operator +() /前置單目運(yùn)算符重載函數(shù)前置單目運(yùn)算符重載函數(shù) Second+;if(Second=60) Second=Second-60; Minute+; if(Minute=60) Minute=Minute-60; Hour+; Hour=Hour%24; return *this;21/后置單目運(yùn)算符重載后置單目運(yùn)算符重載Clock Clock:op

13、erator +(int)/注意形參表中的整型參數(shù)注意形參表中的整型參數(shù) Clock old=*this; +(*this); return old;22/其它成員函數(shù)的實(shí)現(xiàn)略其它成員函數(shù)的實(shí)現(xiàn)略int main()Clock myClock(23,59,59);coutFirst time output:;myClock.ShowTime(); coutShow myClock+:; (myClock+).ShowTime(); coutShow +myClock:;(+myClock).ShowTime();23程序運(yùn)行結(jié)果為：程序運(yùn)行結(jié)果為：First time output: 23:5

14、9:59Show myClock+: 23:59:59Show +myClock: 0:0:124C+語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)清華大學(xué) 鄭莉25非成員運(yùn)算符函數(shù)的設(shè)計(jì)非成員運(yùn)算符函數(shù)的設(shè)計(jì)l如果需要重載一個(gè)運(yùn)算符，使之能夠如果需要重載一個(gè)運(yùn)算符，使之能夠用于操作某類對(duì)象的私有成員，可以用于操作某類對(duì)象的私有成員，可以此將運(yùn)算符重載為該類的非成員（通此將運(yùn)算符重載為該類的非成員（通常為友元）函數(shù)。常為友元）函數(shù)。l函數(shù)的形參代表依自左至右次序排列函數(shù)的形參代表依自左至右次序排列的各操作數(shù)。的各操作數(shù)。l后置單目運(yùn)算符后置單目運(yùn)算符 +和和-的重載函數(shù)，的重載函數(shù)，形參列表中要增加一個(gè)形參列表中要增加一個(gè)in

15、t，但不必寫(xiě)，但不必寫(xiě)形參名。形參名。運(yùn)算符重載C+語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)清華大學(xué) 鄭莉26非成員運(yùn)算符函數(shù)的設(shè)計(jì)非成員運(yùn)算符函數(shù)的設(shè)計(jì)l雙目運(yùn)算符雙目運(yùn)算符 B重載后，重載后，表達(dá)式表達(dá)式oprd1 B oprd2 等同于等同于operator B(oprd1,oprd2 )l前置單目運(yùn)算符前置單目運(yùn)算符 B重載后，重載后，表達(dá)式表達(dá)式 B oprd 等同于等同于operator B(oprd )l后置單目運(yùn)算符后置單目運(yùn)算符 +和和-重載后，重載后，表達(dá)式表達(dá)式 oprd B 等同于等同于operator B(oprd,0 )運(yùn)算符重載C+語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)清華大學(xué) 鄭莉27例例8-3l將將+ +、- -

16、（雙目）重載為復(fù)數(shù)類的友元（雙目）重載為復(fù)數(shù)類的友元函數(shù)。函數(shù)。l兩個(gè)操作數(shù)都是復(fù)數(shù)類的對(duì)象。兩個(gè)操作數(shù)都是復(fù)數(shù)類的對(duì)象。運(yùn)算符重載#includeusing namespace std;class complex/復(fù)數(shù)類聲明復(fù)數(shù)類聲明public:/外部接口外部接口complex(double r=0.0,double i=0.0) real=r; imag=i; /構(gòu)造函數(shù)構(gòu)造函數(shù)friend complex operator + (complex c1,complex c2);/運(yùn)算符運(yùn)算符+ +重載為友元函數(shù)重載為友元函數(shù)friend complex operator - (compl

17、ex c1,complex c2);/運(yùn)算符運(yùn)算符- -重載為友元函數(shù)重載為友元函數(shù)void display(); /顯示復(fù)數(shù)的值顯示復(fù)數(shù)的值private:/私有數(shù)據(jù)成員私有數(shù)據(jù)成員double real;double imag;28complex operator +(complex c1,complex c2)/運(yùn)算符重載友元函數(shù)實(shí)現(xiàn)運(yùn)算符重載友元函數(shù)實(shí)現(xiàn) return complex(c2.real+c1.real, c2.imag+c1.imag);complex operator -(complex c1,complex c2)/運(yùn)算符重載友元函數(shù)實(shí)現(xiàn)運(yùn)算符重載友元函數(shù)實(shí)現(xiàn) ret

18、urn complex(c1.real-c2.real, c1.imag-c2.imag);/ 其他函數(shù)和主函數(shù)同例其他函數(shù)和主函數(shù)同例8-129C+語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)清華大學(xué) 鄭莉30靜態(tài)綁定與動(dòng)態(tài)綁定靜態(tài)綁定與動(dòng)態(tài)綁定l綁定綁定 程序自身彼此關(guān)聯(lián)的過(guò)程，確定程序中的操作調(diào)用與執(zhí)行該操作的代碼間的關(guān)系。l靜態(tài)綁定靜態(tài)綁定 綁定過(guò)程出現(xiàn)在編譯階段，用對(duì)象名或者類名來(lái)限定要調(diào)用的函數(shù)。l動(dòng)態(tài)綁定動(dòng)態(tài)綁定 綁定過(guò)程工作在程序運(yùn)行時(shí)執(zhí)行，在程序運(yùn)行時(shí)才確定將要調(diào)用的函數(shù)。#includeusing namespace std;class Point public:Point(double i, doubl

19、e j) x=i; y=j;double Area() const return 0.0; private:double x, y;class Rectangle:public Point public:Rectangle(double i, double j, double k, double l);double Area() const return w*h; private:double w,h;靜態(tài)綁定例31Rectangle:Rectangle(double i, double j, double k, double l) :Point(i,j) w=k; h=l; void fun

20、(Point &s) coutArea=s.Area()endl; int main()Rectangle rec(3.0, 5.2, 15.0, 25.0);fun(rec);運(yùn)行結(jié)果：運(yùn)行結(jié)果：Area=032#includeusing namespace std;class Point public: Point(double i, double j) x=i; y=j; virtual double Area() const return 0.0; private:double x, y;class Rectangle:public Point public: Rectangl

21、e(double i, double j, double k, double l); virtual double Area() const return w*h; private:double w,h;/其他函數(shù)同上例其他函數(shù)同上例動(dòng)態(tài)綁定例 33void fun(Point &s) coutArea=s.Area()endl; int main()Rectangle rec(3.0, 5.2, 15.0, 25.0);fun(rec);運(yùn)行結(jié)果運(yùn)行結(jié)果:Area=37534C+語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)清華大學(xué) 鄭莉35虛函數(shù)虛函數(shù)l虛函數(shù)是動(dòng)態(tài)綁定的基礎(chǔ)。虛函數(shù)是動(dòng)態(tài)綁定的基礎(chǔ)。l是非靜態(tài)的成

22、員函數(shù)。是非靜態(tài)的成員函數(shù)。l在類的聲明中，在函數(shù)原型之前寫(xiě)在類的聲明中，在函數(shù)原型之前寫(xiě)virtual。lvirtual 只用來(lái)說(shuō)明類聲明中的原型，不能用在只用來(lái)說(shuō)明類聲明中的原型，不能用在函數(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)。函數(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)。l具有繼承性，基類中聲明了虛函數(shù)，派生類中具有繼承性，基類中聲明了虛函數(shù)，派生類中無(wú)論是否說(shuō)明，同原型函數(shù)都自動(dòng)為虛函數(shù)。無(wú)論是否說(shuō)明，同原型函數(shù)都自動(dòng)為虛函數(shù)。l本質(zhì)：不是重載聲明而是覆蓋。本質(zhì)：不是重載聲明而是覆蓋。l調(diào)用方式：通過(guò)基類指針或引用，執(zhí)行時(shí)會(huì)調(diào)用方式：通過(guò)基類指針或引用，執(zhí)行時(shí)會(huì)根據(jù)根據(jù)指針指向的對(duì)象的類指針指向的對(duì)象的類，決定調(diào)用哪個(gè)函數(shù)。，決定調(diào)用哪個(gè)函數(shù)。虛

23、 函 數(shù)C+語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)清華大學(xué) 鄭莉36例例 8-4#include using namespace std;class B0/基類基類B0聲明聲明public:/外部接口外部接口virtual void display() /虛成員函數(shù)虛成員函數(shù) coutB0:display()endl; ;class B1: public B0/公有派生公有派生 public: void display() coutB1:display()endl; ;class D1: public B1/公有派生公有派生 public: void display() coutD1:display()display(

24、); int main()/主函數(shù)主函數(shù) B0 b0, *p;/聲明基類對(duì)象和指針聲明基類對(duì)象和指針B1 b1;/聲明派生類對(duì)象聲明派生類對(duì)象D1 d1;/聲明派生類對(duì)象聲明派生類對(duì)象p=&b0;fun(p);/調(diào)用基類調(diào)用基類B0函數(shù)成員函數(shù)成員p=&b1;fun(p);/調(diào)用派生類調(diào)用派生類B1函數(shù)成員函數(shù)成員p=&d1;fun(p);/調(diào)用派生類調(diào)用派生類D1函數(shù)成員函數(shù)成員運(yùn)行結(jié)果：運(yùn)行結(jié)果：B0:display()B1:display()D1:display()37C+語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)清華大學(xué) 鄭莉38虛析構(gòu)函數(shù)虛析構(gòu)函數(shù)何時(shí)需要虛析構(gòu)函數(shù)？何時(shí)需要虛析構(gòu)函數(shù)？l當(dāng)你可能通過(guò)基類指針刪除派生類對(duì)當(dāng)你可能通過(guò)基類指針刪除派生類對(duì)象時(shí)象時(shí)l如果你打算允許其他人通過(guò)基類指針如果你打算允許其他人通過(guò)基類指針調(diào)用對(duì)象的析構(gòu)函數(shù)（通過(guò)調(diào)用對(duì)象的析構(gòu)函數(shù)（通過(guò)delete這這樣做是正常的），并且被析構(gòu)的對(duì)象樣做是正常的），并且被析構(gòu)的對(duì)象是有重要的析構(gòu)函數(shù)的派生類的對(duì)象，是有重要的析構(gòu)函數(shù)的派生類的對(duì)象，就需要讓基類的析構(gòu)函數(shù)成為虛擬的。就需要讓基類的析構(gòu)函數(shù)成為虛擬的。虛 函 數(shù)C+語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)清華大學(xué) 鄭莉39抽象類抽象類帶有純虛函數(shù)的類稱為抽象類帶有純虛函數(shù)的類稱為抽象類:class 類