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技术 2022年11月23日
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类-多态

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1. 基本概念

多态性:

  • 操作接口具有表现多种形态的能力,能根据操作环境的不同采用不同的处理方式。
  • 一组具有相同基本语义的方法能在同一接口下为不同的对象服务。

实现方式:

绑定机制绑定是将一个标识符名和一个存储地址联系在一起的过程。例如:虚函数的实现对应着虚表,每一个派生类都包含了一个指向虚表的指针,运行时根据对象的指针找到虚表指针,然后取出对应的函数

  • 静态绑定:编译阶段完成
  • 动态绑定:运行时完成

分类:

  • 静态多态性:运算符重载
  • 动态多态性:虚函数

2. 运算符重载

2.1 重载为类的成员函数

函数类型 operator 运算符(形参)
{
......
}
参数个数=原操作数个数-1 (后置++、--除外)

eg1:复数重载加法

class Complex {
public:
Complex(double r = 0.0, double i = 0.0) : real(r), imag(i) { }
//运算符+重载成员函数
Complex operator + (const Complex& c2) const;
//运算符-重载成员函数
Complex operator - (const Complex& c2) const;
void display() const; //输出复数
private:
double real; //复数实部
double imag; //复数虚部
};
Complex Complex::operator+(const Complex& c2) const {
//创建一个临时无名对象作为返回值
return Complex(real + c2.real, imag + c2.imag);
}
Complex Complex::operator-(const Complex& c2) const {
//创建一个临时无名对象作为返回值
return Complex(real - c2.real, imag - c2.imag);
}void Complex::display() const {
cout << "(" << real << ")+(" << imag << ")j" << endl;
}

eg2:时钟类重载自增。后置自增需要传递一个参数

class Clock {//时钟类定义
public:
Clock(int hour = 0, int minute = 0, int second = 0);
void showTime() const;
//前置单目运算符重载
Clock& operator ++ ();
//后置单目运算符重载
Clock operator ++ (int);
private:
int hour, minute, second;
};
Clock::Clock(int hour, int minute, int second) {
if (0 <= hour && hour < 24 && 0 <= minute && minute < 60
&& 0 <= second && second < 60) {
this->hour = hour;
this->minute = minute;
this->second = second;
}
else
cout << "Time error!" << endl;
}
void Clock::showTime() const { //显示时间
cout << hour << ":" << minute << ":" << second << endl;
}
Clock& Clock::operator ++ () {
second++;
if (second >= 60) {
second -= 60; minute++;
if (minute >= 60) {
minute -= 60; hour = (hour + 1) % 24;
}
}return *this;
}
Clock Clock::operator ++ (int) {
//注意形参表中的整型参数
Clock old = *this;
++(*this); //调用前置“++”运算符
return old;
}

2.2 重载为非成员函数

如果数据是类的private成员,需要将函数声明为友元函数

eg:复数重载加减法和输出流运算符

class Complex {
public:
Complex(double r = 0.0, double i = 0.0) : real(r), imag(i) { }
friend Complex operator+(const Complex& c1, const Complex& c2);
friend Complex operator-(const Complex& c1, const Complex& c2);
friend ostream& operator<<(ostream& out, const Complex& c);
private:
double real; //复数实部
double imag; //复数虚部
}; Complex operator+(const Complex& c1, const Complex& c2) {
return Complex(c1.real + c2.real, c1.imag + c2.imag);
}
Complex operator-(const Complex& c1, const Complex& c2) {
return Complex(c1.real - c2.real, c1.imag - c2.imag);
}
ostream& operator<<(ostream& out, const Complex& c) {
out << "(" << c.real << ", " << c.imag << ")";
return out;
}

3. 虚函数

  • 通过virtual关键字实现
  • 虚函数必须是非静态成员函数,也不能是内联函数(编一阶段必须定下来的)
  • 构造函数不能是虚函数,析构函数可以

eg1:

class Base1 {
public:
virtual void display() const; //虚函数
};
void Base1::display() const {
cout << "Base1::display()" << endl;
}class Base2: public Base1 {
public:
virtual void display() const;
};
void Base2::display() const {
cout << "Base2::display()" << endl;
}class Derived : public Base2 {
public:
virtual void display() const override;
};
void Derived::display() const {
cout << "Derived::display()" << endl;
}
void fun(Base1* ptr) {
ptr->display();
}

调用函数fun()时,能够根据指针的实际类型调用正确的函数

eg2:虚析构函数。使用了new运算符创建对象,然后要用对象指针释放空间

#include <iostream>
using namespace std;
class Base {
public:
virtual ~Base(); //不是虚函数
};
Base::~Base() {
cout << "Base destructor" << endl;
}
class Derived : public Base {
public:
virtual ~Derived(); //不是虚函数
};
Derived::~Derived() {
cout << "Derived destructor" << endl;
}
void release(Base* p) {
delete p;
}
int main() {
Derived* pObj = new Derived();
release(pObj);
return 0;
}

基类和子类的析构函数都会被调用。如果析构函数非虚,那么只会调用基类的析构函数,子类中新增加的成员可能不会被释放,造成内存泄漏

4. 抽象类

定义:带纯虚函数的类是抽象类

纯虚函数:没有函数体的虚函数 virtual 函数类型 函数名(参数表) = 0;

抽象类作用

  • 抽象类为抽象和设计的目的而声明
  • 将有关的数据和行为组织在一个继承层次结构中,保证派生类具有要求的行为。
  • 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。

注意

  • 抽象类只能作为基类来使用。
  • 不能定义抽象类的对象。

5. overridefinal

  • override显式指明该函数是虚函数,编译器检查在基类中如果没有对应的函数,会报错
  • final用来避免类被继承,或是基类的函数被改写

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