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《面向对象技术与Visual C++》--第5章 UNIT 08 虚函数和多态性 主讲人：谭成予 副教授 武汉大学计算机学院 多态性：不同的对象对于同样的消息会产生不同的行为 消息：函数的调用 本讲内容提纲 多态性概述 虚函数 纯虚函数和抽象类 综合应用举例 1.1 多态性的概念 多态性是面向对象程序设计的重要特征之一。 继承讨论的是类与类的层次关系，多态则是考虑在不同层次的类中，以及在一个类的内部，同名成员函数之间的关系问题。 多态性是指发出同样的消息被不同类型的对象接收时导致完全不同的行为。 多态的实现： 函数重载 运算符重载 虚函数 1.2 多态的类型 从面向对象技术来看，多态性可分为4类： 重载多态： 函数重载 运算符重载 强制多态：将一个变量类型加以变化，以符合一个函数或操作的要求。例如：强制类型转换 包含多态：同样的操作可用于一个类型及其子类型。包含多态一般需要进行运行时类型检查，主要通过虚函数来实现 参数多态：采用参数化模板，使得一个结构可以适用于多种数据类型。 函数模板 类模板 1.2 多态的类型（从系统实现的角度来分） 在C++中，多态性主要是通过函数重载实现的。重载函数是指程序中对同名函数进行调用时，编译器会根据函数参数的类型和个数，决定该调用哪一段函数代码来处理这个函数调用。多态性的实现过程中，确定调用哪个同名函数的过程就是联编（binding），又称绑定。 联编是指计算机程序自身彼此关联的过程，也就是把一个函数名和一个函数体联系在一起的过程。 按照联编进行的阶段的不同，可以分为静态联编和动态联编，这两种联编过程分别对应着多态性的两种实现方式。 1.2 多态的类型（静态联编 ） 在编译阶段完成的联编称为静态联编，或称静态绑定、编译时多态。这属于静态多态性。 在编译过程中，编译系统可以根据类型匹配等特征来确定程序中调用操作与执行某个同名函数实现之间的关系，即确定某一个同名函数到底是要调用哪一段函数实现代码。 函数重载和运算符重载就是通过静态联编方式实现的编译时多态性的体现。 静态联编的优点是函数调用速度快、效率较高，缺点是编程不够灵活 。 1.2 多态的类型（动态联编 ） 只有在运行程序时才能确定将要调用的函数。这种在运行阶段进行的联编称为动态联编，或称动态绑定、运行时多态。主要通过继承和虚函数来实现。这属于动态多态性。 动态联编的优点是提供了更好的编程灵活性、问题抽象性和程序易维护性 多态联编的缺点是：与静态联编相比，函数调用速度慢。 虚函数 虚函数是动态联编的基础。 在类的声明中，在函数原型之前写virtual。虚函数必须存在于类的继承环境中 virtual 只用来说明类声明中的原型，不能用在函数实现时。 具有继承性，基类中声明了虚函数，派生类中无论是否说明，同原型函数都自动为虚函数。 调用方式：通过基类指针或引用，执行时会根据指针指向的对象的类，决定调用哪个函数。 如果采用对象调用虚函数，则采用的是静态联编方式。 2.1 虚函数的定义格式 虚函数必须是类（存在类的继承环境）的成员函数 虚函数是一个在某基类中声明为virtual并在一个或多个派生类中被重新定义的成员函数。声明虚函数的格式如下： 2.1 虚函数的定义格式（注意事项） 在派生类中重新定义虚函数时，必须保证函数的返回值类型和参数与基类中的声明完全一致。 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。 虚函数必须是类的成员函数，且静态函数、内联函数不能声明为虚函数 构造函数不能是虚函数 析构函数可以是虚函数，且往往被定义为虚函数 当一个基类中声明了虚函数，则其虚函数特性会在其直接派生类和间接派生类中一直保持下去 2.4 虚析构函数 2.4 虚析构函数 3.1 纯虚函数 纯虚函数：基类中的虚函数仅给出函数原型，然后在派生类中重新定义具体实现代码 3.1 纯虚函数 3.1 纯虚函数 3.2 抽象类 带有纯虚函数的类称为抽象类: 3.2 抽象类 抽象类常用作基类，通常称为抽象基类。 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（一个类族）提供一个公共的根（接口），相关的派生类就从这个根派生出来。 对于暂时无法实现的函数，可以声明为纯虚函数，留给派生类去实现。 3.2 抽象类（注意事项） 抽象类只能用作其他类的基类，不能建立抽象类对象（不能实例化）。 抽象类不能用作参数类型、函数返回值类型或显式转换的类型，但可以说明指向抽象类的指针或引用，该指针或引用可以指向抽象类的派生类，进而实现多态性。 如果派生类给出所有纯