幻灯片 1

Size: px

Start display at page:

Download "幻灯片 1"

宗壹蒋
5 years ago
Views:

1 信息科学技术学院程序设计实习郭炜微博刘家瑛微博 1

2 信息科学技术学院程序设计实习郭炜刘家瑛虚函数和多态 (P247) 2

3 虚函数在类的定义中, 前面有 virtual 关键字的成员函数就是虚函数 class base { virtual int get() ; int base::get() { } virtual 关键字只用在类定义里的函数声明中, 写函数体时不用 3

4 多态的表现形式一派生类的指针可以赋给基类指针通过基类指针调用基类和派生类中的同名虚函数时 : (1) 若该指针指向一个基类的对象, 那么被调用是基类的虚函数 ; (2) 若该指针指向一个派生类的对象, 那么被调用的是派生类的虚函数这种机制就叫做多态 4

5 多态的表现形式一 class CBase { public: virtual void SomeVirtualFunction() { } class CDerived:public CBase { public : virtual void SomeVirtualFunction() { } int main() { CDerived ODerived; CBase * p = & ODerived; p -> SomeVirtualFunction(); // 调用哪个虚函数取决于 p 指向哪种类型的对象 return 0; } 5

6 多态的表现形式二派生类的对象可以赋给基类引用通过基类引用调用基类和派生类中的同名虚函数时 : (1) 若该引用引用的是一个基类的对象, 那么被调用是基类的虚函数 ; (2) 若该引用引用的是一个派生类的对象, 那么被调用的是派生类的虚函数这种机制也叫做多态 6

7 多态的表现形式二 class CBase { public: virtual void SomeVirtualFunction() { } class CDerived:public CBase { public : virtual void SomeVirtualFunction() { } int main() { CDerived ODerived; CBase & r = ODerived; r.somevirtualfunction(); // 调用哪个虚函数取决于 r 引用哪种类型的对象 return 0; } 7

8 多态的简单示例 class A { public : virtual void Print( ) { cout << "A::Print"<<endl ; } class B: public A { public : virtual void Print( ) { cout << "B::Print" <<endl; } class D: public A { public: virtual void Print( ) { cout << "D::Print" << endl ; } class E: public B { virtual void Print( ) { cout << "E::Print" << endl ; }

9 int main() { A a; B b; E e; D d; A * pa = &a; B * pb = &b; D * pd = &d ; E * pe = &e; } pa->print(); // a.print() 被调用, 输出 :A::Print pa = pb; pa -> Print(); //b.print() 被调用, 输出 :B::Print pa = pd; pa -> Print(); //d. Print () 被调用, 输出 :D::Print pa = pe; pa -> Print(); //e.print () 被调用, 输出 :E::Print return 0; B E A D

10 多态的作用在面向对象的程序设计中使用多态, 能够增强程序的可扩充性, 即程序需要修改或增加功能的时候, 需要改动和增加的代码较少

11 信息科学技术学院程序设计实习郭炜微博刘家瑛微博 1

12 信息科学技术学院程序设计实习郭炜刘家瑛使用多态的游戏程序实例 (P250) 2

13 游戏魔法门之英雄无敌游戏中有很多种怪物, 每种怪物都有一个类与之对应, 每个怪物就是一个对象类 :CDragon 类 :CSoldier 类 CPhonex 类 :CAngel 3

14 游戏魔法门之英雄无敌怪物能够互相攻击, 攻击敌人和被攻击时都有相应的动作, 动作是通过对象的成员函数实现的 4

15 游戏魔法门之英雄无敌游戏版本升级时, 要增加新的怪物 -- 雷鸟如何编程才能使升级时的代码改动和增加量较小? 新增类 :CThunderBird 5

16 基本思路 : 为每个怪物类编写 Attack FightBack 和 Hurted 成员函数 Attact 函数表现攻击动作, 攻击某个怪物, 并调用被攻击怪物的 Hurted 函数, 以减少被攻击怪物的生命值, 同时也调用被攻击怪物的 FightBack 成员函数, 遭受被攻击怪物反击 Hurted 函数减少自身生命值, 并表现受伤动作 FightBack 成员函数表现反击动作, 并调用被反击对象的 Hurted 成员函数, 使被反击对象受伤 6

17 基本思路 : 设置基类 CCreature, 并且使 CDragon, CWolf 等其他类都从 CCreature 派生而来 CCreature CDragon CWolf CSoldier CPhonex CAngel 7

18 非多态的实现方法 class class CCreature { protected: int npower ; // 代表攻击力 int nlifevalue ; // 代表生命值 class CDragon:public CCreature { public: void Attack(CWolf * pwolf) {... 表现攻击动作的代码 pwolf->hurted( npower); pwolf->fightback( this); } void Attack( CGhost * pghost) {... 表现攻击动作的代码 pghost->hurted( npower); pgohst->fightback( this); } 8

19 非多态的实现方法 void Hurted ( int npower) {... 表现受伤动作的代码 nlifevalue -= npower; } void FightBack( CWolf * pwolf) {... 表现反击动作的代码 pwolf ->Hurted( npower / 2); } void FightBack( CGhost * pghost) {... 表现反击动作的代码 pghost->hurted( npower / 2 ); } } 有 n 种怪物,CDragon 类中就会有 n 个 Attack 成员函数, 以及 n 个 FightBack 成员函数对于其他类也如此 9

20 非多态的实现方法的缺点如果游戏版本升级, 增加了新的怪物雷鸟 CThunderBird, 则程序改动较大所有的类都需要增加两个成员函数 : void Attack( CThunderBird * pthunderbird) ; void FightBack( CThunderBird * pthunderbird) ; 在怪物种类多的时候, 工作量较大有木有!!! 10

21 多态的实现方法 // 基类 CCreature: class CCreature { protected : int m_nlifevalue, m_npower; public: virtual void Attack( CCreature * pcreature) {} virtual void Hurted( int npower) { } virtual void FightBack( CCreature * pcreature) { } 基类只有一个 Attack 成员函数 ; 也只有一个 FightBack 成员函数 ; 所有 CCreature 的派生类也是这样 11

22 多态的实现方法 // 派生类 CDragon: class CDragon : public CCreature { public: virtual void Attack( CCreature * pcreature); virtual void Hurted( int npower); virtual void FightBack( CCreature * pcreature); 12

23 多态的实现方法 void CDragon::Attack(CCreature * p) { 表现攻击动作的代码 p->hurted(m_npower); // 多态 p->fightback(this); // 多态 } void CDragon::Hurted( int npower) { 表现受伤动作的代码 m_nlifevalue -= npower; } void CDragon::FightBack(CCreature * p) { 表现反击动作的代码 p->hurted(m_npower/2); // 多态 } 13

24 多态实现方法的优势如果游戏版本升级, 增加了新的怪物雷鸟 CThunderBird 只需要编写新类 CThunderBird, 不需要在已有的类里专门为新怪物增加 : void Attack( CThunderBird * pthunderbird) ; void FightBack( CThunderBird * pthunderbird) ; 成员函数, 已有的类可以原封不动, 没压力啊!!! 14

25 原理 CDragon Dragon; CWolf Wolf; CGhost Ghost; CThunderBird Bird; Dragon.Attack( & Wolf); //(1) Dragon.Attack( & Ghost); //(2) Dragon.Attack( & Bird); //(3) 根据多态的规则, 上面的 (1),(2),(3) 进入到 CDragon::Attack 函数后, 能分别调用 : CWolf::Hurted CGhost::Hurted CBird::Hurted void CDragon::Attack(CCreature * p) { p->hurted(m_npower); // 多态 p->fightback(this); // 多态 } 15

26 信息科学技术学院程序设计实习郭炜微博刘家瑛微博 1

27 信息科学技术学院程序设计实习郭炜刘家瑛更多多态程序实例 2

28 几何形体处理程序几何形体处理程序 : 输入若干个几何形体的参数, 要求按面积排序输出输出时要指明形状 Input: 第一行是几何形体数目 n( 不超过 100). 下面有 n 行, 每行以一个字母 c 开头. 若 c 是 R, 则代表一个矩形, 本行后面跟着两个整数, 分别是矩形的宽和高 ; 若 c 是 C, 则代表一个圆, 本行后面跟着一个整数代表其半径若 c 是 T, 则代表一个三角形, 本行后面跟着三个整数, 代表三条边的长度 3

29 几何形体处理程序 Output: 按面积从小到大依次输出每个几何形体的种类及面积每行一个几何形体, 输出格式为 : 形体名称 : 面积 4

30 几何形体处理程序 Sample Input: 3 R 3 5 C 9 T Sample Output Triangle:6 Rectangle:15 Circle:

31 #include <iostream> #include <stdlib.h> #include <math.h> using namespace std; class CShape { public: virtual double Area() = 0; // 纯虚函数 virtual void PrintInfo() = 0; class CRectangle:public CShape { public: int w,h; virtual double Area(); virtual void PrintInfo(); class CCircle:public CShape { public: int r; virtual double Area(); virtual void PrintInfo(); class CTriangle:public CShape { public: int a,b,c; virtual double Area(); virtual void PrintInfo(); 6

32 double CRectangle::Area() { return w * h; } void CRectangle::PrintInfo() { cout << "Rectangle:" << Area() << endl; } double CCircle::Area() { return 3.14 * r * r ; } void CCircle::PrintInfo() { cout << "Circle:" << Area() << endl; } double CTriangle::Area() { double p = ( a + b + c) / 2.0; return sqrt(p * ( p - a)*(p- b)*(p - c)); } void CTriangle::PrintInfo() { cout << "Triangle:" << Area() << endl; } 7

33 CShape * pshapes[100]; int MyCompare(const void * s1, const void * s2); int main() { int i; int n; CRectangle * pr; CCircle * pc; CTriangle * pt; cin >> n; for( i = 0;i < n;i ++ ) { char c; cin >> c; switch(c) { case 'R': pr = new CRectangle(); cin >> pr->w >> pr->h; pshapes[i] = pr; break; 8

34 } case 'C': pc = new CCircle(); cin >> pc->r; pshapes[i] = pc; break; case 'T': pt = new CTriangle(); cin >> pt->a >> pt->b >> pt->c; pshapes[i] = pt; break; } } qsort(pshapes,n,sizeof( CShape*),MyCompare); for( i = 0;i <n;i ++) pshapes[i]->printinfo(); return 0; 9

35 int MyCompare(const void * s1, const void * s2) { double a1,a2; CShape * * p1 ; // s1,s2 是 void *, 不可写 * s1 来取得 s1 指向的内容 CShape * * p2; p1 = ( CShape * * ) s1; //s1,s2 指向 pshapes 数组中的元素, 数组元素的类型是 CShape * p2 = ( CShape * * ) s2; // 故 p1,p2 都是指向指针的指针, 类型为 CShape ** a1 = (*p1)->area(); // * p1 的类型是 Cshape *, 是基类指针, 故此句为多态 a2 = (*p2)->area(); if( a1 < a2 ) return -1; else if ( a2 < a1 ) return 1; else return 0; } 10

36 } case 'C': pc = new CCircle(); cin >> pc->r; pshapes[i] = pc; break; case 'T': pt = new CTriangle(); cin >> pt->a >> pt->b >> pt->c; pshapes[i] = pt; break; } } qsort(pshapes,n,sizeof( CShape*),MyCompare); for( i = 0;i <n;i ++) pshapes[i]->printinfo(); return 0; 如果添加新的几何形体, 比如五边形, 则只需要从 CShape 派生出 CPentagon, 以及在 main 中的 switch 语句中增加一个 case, 其余部分不变有木有! 11

37 用基类指针数组存放指向各种派生类对象的指针, 然后遍历该数组, 就能对各个派生类对象做各种操作, 是很常用的做法

38 多态的又一例子 class Base { public: void fun1() { fun2(); } virtual void fun2() { cout << "Base::fun2()" << endl; } class Derived:public Base { public: virtual void fun2() { cout << "Derived:fun2()" << endl; } int main() { Derived d; Base * pbase = & d; pbase->fun1(); return 0; } 输出 : Derived:fun2() 13

39 多态的又一例子 class Base { public: void fun1() { this->fun2(); } //this 是基类指针,fun2 是虚函数, 所以是多态 virtual void fun2() { cout << "Base::fun2()" << endl; } class Derived:public Base { public: virtual void fun2() { cout << "Derived:fun2()" << endl; } int main() { Derived d; Base * pbase = & d; pbase->fun1(); return 0; } 输出 : Derived:fun2() 在非构造函数, 非析构函数的成员函数中调用虚函数, 是多态!!! 14

40 构造函数和析构函数中调用虚函数在构造函数和析构函数中调用虚函数, 不是多态编译时即可确定, 调用的函数是自己的类或基类中定义的函数, 不会等到运行时才决定调用自己的还是派生类的函数 15

41 class myclass { public: virtual void hello(){cout<<"hello from myclass"<<endl; virtual void bye(){cout<<"bye from myclass"<<endl;} class son:public myclass{ public: void hello(){ cout<<"hello from son"<<endl; son(){ hello(); ~son(){ bye(); int main(){ grandson gson; son *pson; pson=&gson; pson->hello(); // 多态 return 0; } 派生类中和基类中虚函数同名同参数表的函数, 不加 virtual 也自动成为虚函数 class grandson:public son{ public: 结果 : void hello(){cout<<"hello from grandson"<<endl; hello from son void bye() { cout << "bye from grandson"<<endl;} grandson(){cout<<"constructing grandson"<<endl; ~grandson(){cout<<"destructing grandson"<<endl; constructing grandson hello from grandson destructing grandson bye from myclass 16

42 信息科学技术学院程序设计实习郭炜微博刘家瑛微博 1

43 信息科学技术学院程序设计实习郭炜刘家瑛多态的实现原理 2

44 思考多态的关键在于通过基类指针或引用调用一个虚函数时, 编译时不确定到底调用的是基类还是派生类的函数, 运行时才确定 ---- 这叫动态联编动态联编底是怎么实现的呢? 3

45 提示 : 请看下面例子程序 : class Base { public: int i; virtual void Print() { cout << "Base:Print" ; } class Derived : public Base{ public: int n; virtual void Print() { cout <<"Drived:Print" << endl; } int main() { Derived d; cout << sizeof( Base) << ","<< sizeof( Derived ) ; return 0; } 程序运行输出结果 : 8, 12 为什么都多了 4 个字节? 4

46 多态实现的关键 --- 虚函数表每一个有虚函数的类 ( 或有虚函数的类的派生类 ) 都有一个虚函数表, 该类的任何对象中都放着虚函数表的指针虚函数表中列出了该类的虚函数地址多出来的 4 个字节就是用来放虚函数表的地址的 pbase Base b pointer for vtable i Base vtable pointer for Base::Print() Base 类的其它虚函数地址 5

47 多态实现的关键 --- 虚函数表 pderived Derived d pointer for vtable i n pbase = pderived; pbase->print(); Derived vtable pointer for Derived::Print() Derived 类的其它虚函数地址多态的函数调用语句被编译成一系列根据基类指针所指向的 ( 或基类引用所引用的 ) 对象中存放的虚函数表的地址, 在虚函数表中查找虚函数地址, 并调用虚函数的指令 6

48 1 虚析构函数郭炜刘家瑛北京大学程序设计实习

49 虚析构函数问题 : class CSon{ public: ~CSon() { class CGrandson : CSon{ public: ~CGrandson() { } int main(){ CSon *p = new CGrandson; delete p; return 0; } 2

50 虚析构函数通过基类的指针删除派生类对象时只调用基类的析构函数 Vs. 删除一个派生类的对象时先调用派生类的析构函数再调用基类的析构函数 3

51 虚析构函数解决办法 : 把基类的析构函数声明为 virtual 派生类的析构函数 virtual 可以不进行声明通过基类的指针删除派生类对象时首先调用派生类的析构函数然后调用基类的析构函数类如果定义了虚函数, 则最好将析构函数也定义成虚函数 Note: 不允许以虚函数作为构造函数 4

52 class son{ public: ~son() { cout<<"bye from son"<<endl; class grandson : public son{ public: ~grandson(){ cout<<"bye from grandson"<<endl; int main(){ son *pson; pson=new grandson; delete pson; return 0; } 输出结果 : bye from son 没有执行 grandson::~grandson()!!! 5

53 class son{ public: virtual ~son() { cout<<"bye from son"<<endl; class grandson : public son{ public: ~grandson(){ cout<<"bye from grandson"<<endl; int main() { son *pson; pson= new grandson; } delete pson; return 0; 输出结果 : bye from grandson bye from son 执行 grandson::~grandson(), 引起执行 son::~son()!!! 6

54 1 纯虚函数和抽象类郭炜刘家瑛北京大学程序设计实习

55 纯虚函数纯虚函数 : 没有函数体的虚函数 class A { private: int a; public: virtual void Print( ) = 0 ; // 纯虚函数 void fun() { cout << fun ; } 2

56 抽象类抽象类 : 包含纯虚函数的类只能作为基类来派生新类使用不能创建抽象类的对象抽象类的指针和引用由抽象类派生出来的类的对象 A a; // 错, A 是抽象类, 不能创建对象 A * pa; // ok, 可以定义抽象类的指针和引用 pa = new A; // 错误, A 是抽象类, 不能创建对象 3

57 纯虚函数和抽象类抽象类中, 在成员函数内可以调用纯虚函数在构造函数 / 析构函数内部不能调用纯虚函数如果一个类从抽象类派生而来它实现了基类中的所有纯虚函数, 才能成为非抽象类 4

58 class A { public: virtual void f() = 0; // 纯虚函数 void g( ) { this->f( ); } //ok A( ){ } //f( ); // 错误 class B : public A{ public: void f(){ cout<<"b: f()"<<endl; } int main(){ B b; b.g(); return 0; } 输出结果 : B: f() 5

Microsoft PowerPoint - 第07讲_多态1.ppt [兼容模式]

Microsoft PowerPoint - 第07讲_多态1.ppt [兼容模式] 程序设计实习 (I): C++ 程序设计第七讲多态上节内容回顾基本概念 : 继承基类派生类派生类的成员组成可见性派生类的构造析构派生类与基类的指针类型转换 2 回顾 : public 继承 class base { private: int m; public: int q; base(int ti=0):m(i){} }; class derived : public base