C++面向对象程序设计-北京大学-郭炜【课程笔记（八）】

C++面向对象程序设计-北京大学-郭炜【课程笔记（八）】

  • 1、虚函数和多态的基本概念
    • `1.1、虚函数`
    • 1.2、多态
      • `多态`的表现形式一
      • `多态`的表现形式二
  • 2、多态实例：魔法门之英雄无敌
    • 2.1、**非多态的实现方法：**
    • 2.2、**多态的实现方法**
  • 3、多态实例：几何形体程序
    • 3.1、qsort函数的介绍
    • 3.2、几何形体程序
    • 3.2、铭记口诀
    • 3.3、多态例题2:
    • 3.3、多态实例3:与构造函数
  • 4、多态的实现原理
  • 5、虚析构函数、纯虚函数和抽象类
    • 5.1、虚析构函数
    • 5.2、纯虚函数和抽象类
  • 5.3、虚函数和纯虚函数的区别

开始课程：P28 1_1. 虚函数和多态的基本概念
课程链接：程序设计与算法（三）C++面向对象程序设计 北京大学 郭炜
课程PPT：github提供的对应课程PPT

1、虚函数和多态的基本概念

1.1、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。
    • 什么是函数体：函数体指的是函数定义中包含的代码块，用于实现函数的功能。 在函数定义中，通常会指定函数的名称、参数列表和返回值类型，而函数体则是具体实现函数功能的地方。
  • 构造函数和静态成员函数不能是虚函数

1.2、多态

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许函数。
      以上这种机制就叫做“多态”。
#include <iostream>
using namespace std;class CBase
{public:virtual void SomeVirtualFunction(){cout << "基类" << endl;}
};class CDerived:public CBase
{public:virtual void SomeVirtualFunction(){cout << "派生类" << endl;}
};int main()
{CDerived ODerived;CBase * p = & ODerived;// 调用哪个虚函数取决于p指向哪种类型的对象// 即派生类CDerived的对象p -> SomeVirtualFunction();  return 0;
}OUT:
beida_lesson % g++ 25.cpp -o 25
beida_lesson % ./25 
派生类

多态的表现形式二

  • 派生类的对象可以赋值给基类引用
  • 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，那么被调用时基类的虚函数
    • （2）、若该引用引用的是体格派生类的对象，那么被调用的是派生类的许函数。
      以上这种机制就叫做“多态”。
#include <iostream>
using namespace std;class CBase
{public:virtual void SomeVirtualFunction(){cout << "基类" << endl;}
};class CDerived:public CBase
{public:virtual void SomeVirtualFunction(){cout << "派生类" << endl;}
};int main()
{CDerived ODerived;// 派生类的指针可以赋给基类指针// CBase * p = & ODerived;// p -> SomeVirtualFunction(); //2、派生类的对象可以赋值给基类引用CBase & r = ODerived;r.SomeVirtualFunction();// 调用哪个虚函数取决于p\r指向哪种类型的对象// 即派生类CDerived的对象 return 0;
}
OUT:
beida_lesson % g++ 25.cpp -o 25
beida_lesson % ./25 
派生类

例：
在这里插入图片描述


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::Printpa = pb;pa -> Print();   // b.Print()被调用，输出：B::Printpa = pd;pa -> Print();   // d.Print()被调用，输出：D::Printpa = pe;pa -> Print();   // e.Print()被调用，输出：E::Printreturn 0;
}

2、多态实例：魔法门之英雄无敌

在这里插入图片描述
请添加图片描述请添加图片描述请添加图片描述请添加图片描述

2.1、非多态的实现方法：

#include <iostream>
using namespace std;class CCreature
{protected:int nPower;  // 代表攻击力int nLifeValue;  // 代表生命值2
};class CDragon:public CCreature
{public:void Attack(CWolf * pWolf){// 表现攻击动作的代码pWolf -> Hurted(nPower);pWolf -> FightBack(this);   // 表示Attack的对象：攻击的发起者}void Attack(CGhost * pGhost){// 表现攻击动作的代码pGhost -> Hurted(nPower);pGhost -> FightBack(this);}void Hurted(int nPower){// 表示受伤动作的代码nLifeValue -= nPower;}void FightBack(CWolf * pWolf){// 表示反击动作的代码pWolf -> Hurted(nPower / 2);}void FightBack(CGhost * pGhost){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。对于其他类特使如此。

在这里插入图片描述

因为每个动物的攻击和反击方式不一样，所以不能直接在基类CCreature中定义Attack和FightBack成员函数。每一个动物要想攻击另一个动物必须含有攻击这个动物的成员函数，所以一旦添加新的怪物那么就需要在原有每个怪物类中添加Attack和FightBack两个成员函数。

2.2、多态的实现方法

请添加图片描述
请添加图片描述
请添加图片描述
在这里插入图片描述

3、多态实例：几何形体程序

3.1、qsort函数的介绍

qsort函数的声明

void qsort(void *base, size_t nitems, size_t size, int (*compar)(const void *, const void*))
  • base – 指向要排序的数组的第一个元素的指针。
  • nitems – 由 base 指向的数组中元素的个数。
  • size – 数组中每个元素的大小，以字节为单位。
  • *compar：回调函数的函数指针，需要用户自己实现回调函数

3.2、几何形体程序

在这里插入图片描述在这里插入图片描述

#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();
};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 << "Rectangle" << 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 << "Traingle" << Area() << endl;
}CShape * pShape[100]; // 基类的指针数组
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pShape数组中的元素，数组元素的类型是CShapep2 = (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;elsereturn 0;
}int main()
{int i; int n;CRectangle * pr; CCircle * pc; CTriangle * pt;cout << "请输入几何形体的数量：" << endl;cin >> n;  // 输入几何形体的数量for(i=0; i<n; i++){char c;cout << "请输入几何形体的种类R/C/T：" << endl;cin >> c;  // 输入几何形体的种类switch(c){case 'R':pr = new CRectangle();  // new一个对象cout << "请输入矩形的长和宽w/h：" << endl;cin >> pr->w >> pr->h;pShape[i] = pr;break;case 'C':pc = new CCircle();cout << "请输入圆形的半径r：：" << endl;cin >> pc->r;pShape[i] = pc;break;case 'T':pt = new CTriangle();cout << "请输入三角形的三个边长a/b/c：" << endl;cin >> pt->a >> pt->b >> pt->c;pShape[i] = pt;break;}}qsort(pShape, n, sizeof(CShape*), MyCompare);for(i=0; i<n; i++){pShape[i] -> PrintInfo();}return 0;
}

OUT
beida_lesson % ./27
请输入几何形体的数量：
3
请输入几何形体的种类R/C/T：
R
请输入矩形的长和宽w/h：
4
5
请输入几何形体的种类R/C/T：
C
请输入圆形的半径r：：
3
请输入几何形体的种类R/C/T：
T
请输入三角形的三个边长a/b/c：
3
4
5
Traingle6
Rectangle20
Rectangle28.26

3.2、铭记口诀

优点:

1、如果添加心得几何形体，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！
2、用基类指针数组存放指向各种派生类对象的指标，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 。

铭记口诀：

1、派生类的指针可以赋值给基类指针
2、派生类的对象可以赋值给基类引用
3、用基类指针数组存放指向各种派生类对象的指标，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 。

3.3、多态例题2:

#include <iostream>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>using namespace std;class Base
{public:void fun1() {fun2();} // 等于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;// 这里pBase指针指向的是派生类的对象d，所以this指向的是派生类的fun2pBase->fun1();return 0;
}OUT:
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。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。

  • 注意事项：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。

3.3、多态实例3:与构造函数

本节课程链接：看不懂对着课程就容易理解了，简单的。

  • 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
  • 构造函数和析构函数函数中调用虚函数不是多态
#include <iostream>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>using namespace std;class myclass
{public:virtual void hello() {cout << "hello from myclass" << endl;};virtual void bye() {cout << "bye from myclass" << endl;}
};class son:public myclass
{public:// 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void hello() {cout << "hello from son" << endl;}; // 也是虚函数son() {hello();};  // 构造函数和析构函数函数中调用虚函数不是多态~son() {bye();};
};class grandson:public son
{public:void hello() {cout << "hello from grandson" << endl;}; // 虚函数void bye() {cout << "bye from grandson" << endl;};     // 虚函数grandson() {cout << "constructing grandson" << endl;};~grandson() {cout << "destructing grandson" << endl;};
};int main()
{grandson gson;  // 派生类对象，先从基类先后的构造函数开始运行。son *pson;pson = &gson;pson->hello();  // 多态return 0;
}
//OUT
hello from son
constructing grandson
hello from grandson
destructing grandson
bye from myclass

4、多态的实现原理

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

#include<iostream>
using namespace std;class A
{public:virtual void Func(){cout << "A::Func" << endl;}
};class B:public A
{public:virtual void Func(){cout << "B::Func" << endl;}
};int main()
{A a;A * pa = new B();pa -> Func();//64位程序指针位8字节long long * p1 = (long long *) & a;  // 强制类型转化为long long形long long * p2 = (long long *) pa;// 用class A虚函数表的地址替换掉派生类class B虚函数表的地址：因为虚函数表地址在前函数变量之前![请添加图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/direct/303255d7e6814f33b23c0d628d4990f0.png)* p2 = * p1;  pa -> Func();return 0;
}
// OUT
beida_lesson % ./30
B::Func
A::Func

5、虚析构函数、纯虚函数和抽象类

5.1、虚析构函数

请添加图片描述
对比案例如下所示：
请添加图片描述

5.2、纯虚函数和抽象类

  • 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" ;}
}
  • 包含纯虚函数的类叫抽象类
    在这里插入图片描述
#include<iostream>
using namespace std;class A
{public:virtual void f() = 0; // 纯虚函数void g() {this->f()}; // OK,多态A() {// f();  //错误}
};class B:public A
{public:void f() {cout << "B:f()"<<endl;}
};int main()
{B b;b.g();return 0;
}
// OUT
B:f()

5.3、虚函数和纯虚函数的区别

  • 定义一个函数为虚函数，不代表函数为不被实现的函数。

  • 定义他为虚函数是为了允许用基类的指针来调用子类的这个函数。

  • 定义一个函数为纯虚函数，才代表函数没有被实现。

  • 定义纯虚函数是为了实现一个接口，起到一个规范的作用，规范继承这个类的程序员必须实现这个函数。

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