C++(谭浩强)笔记(第12讲).pdf

多态性和虚函数 一、多态性的概念 多态性(polymorphism)是面向对象的一个重要特征。顾名思义，多态的意思 就是一个事物有多种形态。在面向对象方法中一般是这样表述多态性的：向不同 的对象发送同一个消息，不同的对象在接收时会产生不同的行为（即方法）。 在C++ 中，多态性的表现形式之一是：具有不同功能的函数可以用同一个函 数名，这样就可以实现用一个函数名调用不同内容的函数。因此，函数重载、运 算符重载都是多态现象。 从系统角度看，多态性分为两类：静态多态性和动态多态性。静态多态性是 通过函数重载实现的。由函数重载和运算符重载形成的多态性称为静态多态性是 因为在编译时就知道调用函数的全部信息，因此，在程序编译时系统就能决定调 用哪个函数，所以静态多态性又称为编译时的多态性。静态多态性的函数调用速 度快、效率高，但缺乏灵活性，在程序运行前就已经决定了执行的函数和方法。 动态多态性的特点是：不在编译时确定调用哪个函数，而在程序运行过程中 才动态的确定操作所针对的对象。因而又称为运行时的多态性。动态多态性是通 过虚函数(virtual function)实现的。 二、一个典型的例子 例：先建立一个Point 类，包含数据成员x，y(坐标点)。以它为基类，派 生出一个Circle 类，增加数据成员半径r；在以Circle 类为基类，派生出一个 Cylinder 类，增加数据成员高h，要求编写程序，重载运算符“”和“”使 之能用于输入和输出以上对象。 图1：承上启下的典型例子 三、利用虚函数实现动态多态性 1、虚函数的作用 C++ 中虚函数是用来解决动态多态问题的。所谓虚函数，就是在基类声明函 数是虚拟的，并不是实际存在的函数，然后在派生类中才正式定义此函数。在程 序运行期间，用指针指向某一派生类对象，这样就能调用指针指向的派生类对象 中的函数。虚函数的作用就是允许在派生类中重新定义与基类同名的函数，并且 可以通过基类指针或引用来访问基类和派生类中的同名函数。 例：当基类和派生类中有同名函数且不使用虚函数，其程序如图2 所示。 图2：基类和派生类中有同名函数 分析程序运行结果发现，对象grad 的数据成员并没有被全部输出，说明在 需要输出grad 对象的数据成员时并没有调用Graduate 类的display 函数，而是 调用了父类Student 中的display 函数。这是因为基类指针本来是用来指向基类 对象的，如果用它来指向派生类对象就会自动进行指针类型转换，将派生类对 象的指针先转换为基类的指针，这样基类指针实际上指向的是派生类对象中的 基类部分。所以会出现这样的结果。 如果在Student 类中声明display 函数时加上关键字virtual，将Student 中的display 函数声明为虚函数，则运行结果如图3 所示。 图3：将基类中的display 函数声明为虚函数后的运行结果 分析结果可以发现，现在用同一个指针变量（指向基类对象）不但输出了 stud 对象中的全部数据，而且还输出了 grad 对象中的全部数据，当然如果 Student 类的其他派生类中还有同名函数display，同样可以用这个指向基类对 象的指针输出其他派生类对象中的所有成员。这是因为把基类的某个成员函数声 明为虚函数后，允许在其派生类中对该函数重新定义，赋予新的功能，并且可以 通过指向基类对象的指针指向同一类族中不同类的对象，从而调用其中的同名函 数。这样，就达到了同一类族中的不同类的对象，对同一函数调用做出不同响应 的效果，这就是动态多态性。 2、虚函数的使用方法 （1）在基类中用virtual 声明为虚函数，如果在类外定义不必再加virtual； （2）在派生类中重新定义此函数，函数名、函数类型、函数参数类型和个数必 须与虚函数相同，然后根据派生类的需要重新定义函数体。（注：当一个成员函 数被声明为虚函数后，其派生类中的同名函数都自动称为虚函数。在派生类中 重新声明该虚函数时，为了使程序更加清晰，建议加上 virtual）；（3）定义一 个指向基类对象的指针变量，并使它指向同一类族中需要调用该函数的对象；（4） 通过该指针变量调用此虚函数，此时调用的就是指针变量指向的对象的同名函数； 值得注意的是：函数重载和虚函数处理的都是同名函数问题，他么的不同之处在 于函数重载处理的是同一层次上的同名函数问题，而虚函数处理的是不同派生 层次上的同名函