面向对象程序设计.pptx

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1、2023/2/241提出问题【例5-1】在例4-1程序中存在的两个不足：（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。第1页/共61页2023/2/242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。第2页/共61页2023/2/243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

2、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么关系呢？事实上，它们遵循类型兼容规则。第3页/共61页2023/2/244Employee*emp4=&m1,&t1,&s1,&sm1;/声明抽象类指针数组for(int i=0;iPay();/单一指令，实现多态，计算指针指向对象的工资empi-Display();/单一指令，实现多态，输出指针指向对象的信息第4页/共61页2023/2/2455.2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。第5页/共61页2023/

3、2/246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。第6页/共61页2023/2/247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。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。第7页/共61页2023/2/248【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 classBase classBase

4、classDerivel classDerive2 class 第8页/共61页2023/2/249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。第9页/共61页2023/2/2410【思考题5-3】如果基类指针要访问派生类的who()，怎么办？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。第10页/共61页2023/2/2411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

5、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。第11页/共61页2023/2/24125.4 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 第12页/共61页2023/2/2413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：静态联编动态联编第13页/共61页2023/2/2414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

6、。动态联编是在运行阶段完成的联编。第14页/共61页2023/2/2415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15页/共61页2023/2/2416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。第16页/共61页2023/2/2417虚函数是动态联编的基础。下面介绍虚函数。第17页/共61页2023/2/24185.6 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

7、中被重新定义的成员函数。第18页/共61页2023/2/2419声明虚函数的格式如下：virtual ();第19页/共61页2023/2/2420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。第20页/共61页2023/2/2421一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。第21页/共61页2023/2/2422在程序运行时，不同类的对象调用各自的虚函数，这就是运

8、行时多态。第22页/共61页2023/2/2423【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。第23页/共61页2023/2/2424该程序的运行结果为:A studentA graduate studentA studentA studentA graduate student第24页/共61页2023/2/2425【思考题5-5】如果将例5-5中Student类改为：class Studentpublic:virtual void print();/虚函数的声明;virtual void Student:print()/虚函数的实

9、现 coutA studentendl;第25页/共61页2023/2/2426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。第26页/共61页2023/2/2427【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。第27页/共61页2023/2/2428【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。第28页/共61页2023/2/2429运行结果表明，只要定义一个基类的对

10、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。第29页/共61页2023/2/2430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。第30页/共61页2023/2/2431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virtua

11、l关键词。第31页/共61页2023/2/2432【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。第32页/共61页2023/2/24335.6.3 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）。第33页/共61页2023/2/2434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

12、员，是一个指向该虚函数表的指针（vptr）。第34页/共61页2023/2/2435Wind objectWind objectvptrvptrStringed objectStringed objectvptrvptrPercussion objectPercussion objectvptrvptr&Wind:play()&Wind:play()&Percussion:play&Percussion:play()()&Stringed:play()&Stringed:play()第35页/共61页2023/2/2436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

13、址。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：第36页/共61页2023/2/2437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。第37页/共61页2023/2/2438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

14、:print()。第38页/共61页2023/2/2439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？第39页/共61页2023/2/2440一般来说，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40页/共61页2023/2/2441(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，

15、而构造函数是在对象产生之前运行的。所以，将构造函数声明为虚函数是没有意义的。第41页/共61页2023/2/2442(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。第42页/共61页2023/2/2443(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。第43页/共61页2023/2/2444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

16、的对象来完成的，如果删除该指针，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。第44页/共61页2023/2/2445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。下面介绍虚析构函数。第45页/共61页2023/2/24465.6.4 虚析构函数虚析构函数的声明格式如下：virtual();【例5-7】虚析构函数示例。教材P272第46页/共61页2023/2/2447利用虚函数可以使所设计的软件系统变得灵活，提高了代码的可重用性。虚函数为一个类簇中所有派生类的同

17、一行为提供了统一的接口，使得程序员在使用一个类簇时只须记住一个接口即可。第47页/共61页2023/2/2448注意事项(1)如果在派生类中没有重新定义虚函数，则派生类的对象将使用基类的虚函数代码。(2)在派生类中重新定义虚函数时，必须保证函数值类型和参数与基类中的声明完全一致。否则，派生类的函数也不具备多态性。第48页/共61页2023/2/2449根据上述介绍，我们可以将例5-1的Pay()和Display()定义为虚函数，从而解决例4-1遗留下来的第二个问题。第49页/共61页2023/2/2450另外，公司的人员有4类，它们的基类Employee实际上是不需要实例化对象的，Employ

18、ee也无法为虚函数定义具体的实现，这时可以将Employee声明为纯虚函数。包含纯虚函数的类称为抽象类。第50页/共61页2023/2/24515.7 抽象类和纯虚函数抽象类专门作为基类派生新类。抽象类的主要作用是将有关的派生类组织在一个继承层次结构中，由抽象类为它们提供一个公共的根，相关的派生类就从这个根派生出来。含有纯虚函数的类就是抽象类。第51页/共61页2023/2/2452在例4-1中遗留的另一个问题是:employee类的成员函数pay()和display()的函数体为空,在实现部分仍要写出函数体,显得冗余。事实上，employee类的成员函数根本不会被调用，所以不必定义它。于是+

19、提供了纯虚函数来解决这个问题。第52页/共61页2023/2/2453纯虚函数纯虚函数是为了解决在基类中无法实现的函数,而在派生类中再给出函数的具体实现，它只需要在基类中说明函数原型用来规定整个类簇的统一接口形式。第53页/共61页2023/2/2454纯虚函数的声明格式为：virtual ()=0;第54页/共61页2023/2/2455纯虚函数与函数体为空的虚函数是有区别的：前者有函数体,而后者没有函数体；前者所在的类是抽象类,不能直接进行实例化,而后者所在的类是可以实例化的。第55页/共61页2023/2/2456【例5-9】示例纯虚函数及抽象类。计算图形面积。例如，要定义一个Squar

20、e类和Circle类，它们有共同的属性x、y，以及共同的操作setvalue()和area()，由于area()在两个类的计算方法不同，但又属于一个类簇，为此，定义一个抽象类Shape，统一它们的属性和操作。抽象类和纯虚函数的UML图表示如图5-3所示。第56页/共61页2023/2/2457ShapeShape#x:int#x:int#y:int#y:int+setvalue():void+setvalue():void+areaarea():void():voidSquareSquare+area():void+area():voidCircleCircle+area():void+are

21、a():void第57页/共61页2023/2/2458至此，我们可以用C+提供的多态性来解决本章开头提出的问题。例5-1，教材P280第58页/共61页2023/2/2459EmployeeEmployee#name:char10#name:char10#no:int#no:int#salary:float#salary:float#maxno:int=1000#maxno:int=1000+Employee()+Employee()+Pay():voidPay():void+Display():v+Display():voidoidTechnicianTechnician-hourlyra

22、te:float-hourlyrate:float-worknours:int-worknours:int+Technician()+Technician()+Pay():void+Pay():void+Display():void+Display():voidSalesmanSalesman#commrate:float#commrate:float#sales:float#sales:float+Salesman()+Salesman()+Pay():void+Pay():void+Display():void+Display():voidManagerManager+Manager()+

23、Manager()+Pay():void+Pay():void+Display():void+Display():void#monthlypay:float#monthlypay:float+SalesManager()+SalesManager()+Pay():void+Pay():void+Display():void+Display():voidSalesManagerSalesManager第59页/共61页2023/2/2460 本章小结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)第60页/共61页第5章多态与抽象类2023/2/2461感谢您的观看！第61页/共61页