多态性

c++中关于多态性的总结，详细介绍了多态性的总体架构、运算符重载、类型转换以及虚函数动态重载等内容。

多态性

• 总的架构
  • 什么是多态性？
    • 相同消息->不同的对象->不同的行为
  • 多态性的实现
    • 联编（绑定）
      • 运行之前
        • 静态联编（前期）：编译时（静态）多态性
          • 使用：函数重载（运算符重载）+模板
      • 运行时
        • 动态联编（后期）：运行时（动态）多态性
          • 使用：虚函数
• 运算符重载
  • 创建运算符重载函数（3种）
    • 1、类外定义
      • 问题引导：对象不能相加
        • Complex com1(1.1, 2.2), com2(3.3, 4.4), total; total = com1 + com2; //错误
      • 问题解决：运算符重载函数
        • operator+ 加法 operator- 减法 operator* 乘法 operator< 小于
        • 定义函数
          • Complex operator+(Complex om1, Complex om2) { Complex t; t.real = om1.real + om2.real; t.imag = om1.imag+om2.imag; return t; }
          • 定义完成后可使用语句：total=com1+com2或total=operator+(com1,com2)
      • 特例：C++中不能使用重载的运算符
        • . 成员访问运算符 .* 成员指针访问运算符 :: 作用域运算符 sizeof 长度运算符 ?: 条件运算符
      • 特例：赋值运算符=
        • 一般，用于类对象（至少1个）的运算符必须重载，但赋值运算符“=”例外。 但，当数据成员中包含指向动态分配内存的指针成员时，使用系统提供的对象复制运算符函数就不能满足程序要求，就需要用户自己编写赋值运算符重载函数
    • 解决1中不能访问类的私有/保护成员的问题
      • 定义为类的友元函数2
      • 定义为类的成员函数3
    • 2、友元运算符重载函数
      • 形式
        • 类内部
          • friend 函数类型 operator 运算符（形参表） { 函数体 }
        • 类中声明，类外定义
          • 声明 class X{ ... friend 函数类型 operator 运算符（形参表）； ... }; 定义 函数类型 operator 运算符（形参表） { 函数体 }
      • 双目运算符重载
        • 2个操作数：在运算符的左右两侧
        • @：表示所要重载的运算符
          • 在类中采用@且aa,bb是类X中的两个对象 下面两种调用方式是等价的 aa@bb; //隐式调用 operator@(aa,bb); //显式调用 例子： A3=A1+A2； A4=A1-A2； A5=A1*A3； A6=A1/A4； 在C++中解释为： A3=operator+(A1,A2)； A4=operator-(A1,A2)； A5=operator*(A1,A2)； A6=operator/(A1,A2)；
        • 临时对象
          • Complex operator+(Complex &a, Complex &b) { Complex temp; temp.real = a.real +b.real; temp.imag = a.imag+b.imag; return temp; } 直接用类的构造函数来生成一个临时对象（如下，上下两种写法是等价的） Complex operator+(Complex &a, Complex &b) { return Complex(a.real+b.real,a.imag+b.imag); }
      • 单目运算符重载
        • 需要1个显式的操作数
        • @
          • 单目运算符@，aa是类的对象 下面2式是等价的 @aa; //隐式调用 operator@(aa); //显示调用
      • 有的运算符不能定义为友元运算符重载函数，如赋值运算符“=”、下标运算符“[]”、函数调用运算符“( )”等
    • 3、成员运算符重载函数
      • 语法形式
        • 类内部
          • 函数类型 operator 运算符(形参表) { 函数体 }
        • 类中声明，类外定义
          • 类内部声明： class X{ //... ... 函数类型 operator 运算符(形参表)； //.... ... }; 类外定义： 函数类型 X::operator 运算符(形参表) { 函数体 }
        • 在成员运算符重载函数的形参表中，运算符
          • 单目->参数表为空
          • 双目->参数表中有一个操作数
      • 双目运算符重载：形参表中只有一个参数，作为运算符的右操作数，另一个操作数（左操作数）是隐含的，是该类的当前对象，它是通过this指针隐含地传递给函数
        • 例如： class X{ ... int operator+(X a); ... }; 2个操作数，一个是当前对象，另一个是类X的对象a
        • @
          • aa@bb; //隐式调用 aa.operator@(bb); //显式调用 例子： A3=A1+A2； A4=A1-A2； A5=A1*A3； A6=A1/A4； 在C++中解释为： A3=A1.operator+(A2)； A4=A1.operator-(A2)； A5=A1.operator*(A2)； A6=A1.operator/(A2)；
      • 单目运算符重载：参数表中没有参数，此时当前的对象作为运算符的一个操作数
        • Coord Coord ::operator++() //定义运算符++重载函数operator++ { ++x; ++y; return *this; //返回当前对象的值 }
        • @
          • 等价： @aa; //隐式调用 aa.operator@(); //显式调用 例子： ++ob; 或 ob.operator++(); 当成员函数重载单目运算符时，没有参数显式地传递给成员运算符函数。参数是通过this指针隐含地传递给函数
    • 2和3的比较
      • 选择经验： 1、对于单目运算符，建议选择成员函数 2、对于运算符“=、()、[]、->“只能作为成员函数 3、对于运算符”+=、-=、/=、*=、&=、!=、~=、%=、<<=、>>=“，建议重载为成员函数 4、对于其他运算符，建议重载为友元函数
      • 双目运算符：重载为友元更好
        • 成员：参数表含有1个参数
        • 友元：参数表中含有2个参数
      • 单目运算符：重载为成员更好
        • 成员：没有参数
        • 友元：只有1个参数
      • 如果运算符所需的操作数（尤其是第一个操作数）希望有隐式类型转换，则运算符重载必须用友元函数，而不能用成员函数
    • ”++“和”--“的重载
      • ob++和++ob的区别：参数表是否插入关键字int，调用是参数int一般被传递值为0
        • 前缀：++ob ob.operator++( ); //成员函数重载 operator++(X &ob); //友元函数重载，其中o为X类对象的引用 后缀：ob++ ob.operator++(int); //成员函数重载 operator++(X &ob,int); //友元函数重载，其中o为X类对象的引用
    • 赋值运算符“=”的重载
      • 系统默认的赋值运算符函数
        • 例如： X &X::operator=(const X &source) { //成员间赋值 }
      • 指针悬挂问题：类中有指针类型
        • 用深层复制解决指针悬挂问题：分配新区域->例子：书本p222
        • 类的赋值运算符“=”只能重载为成员函数，不能重载为友元函数（书上的描述不是很理解）
    • 下标运算符“[ ]”的重载：双目运算符（也不是特别理解）p224
      • X[Y]; -> X.operator[](Y); 下标运算符重载函数只能定义成员函数，形式如下： 返回类型 类名 ::operator[](形参) { //函数体 }
      • 访问类中私有数据
• 类型转换
  • 系统预定义类型间的转换（标准数据类型间的转换）
    • 1、隐式转换
      • 规则： ①赋值表达式A=B，B转换成A类型后进行赋值 ②char或short类型变量与int进行运算时，将char或short转换成int类型 ③当两个操作对象类型不一致，在算术运算前，级别低的类型自动转换为级别高的类型 例子： int x=5,y; y=3.5+x; 过程：x值的5转换成double类型，然后与3.5相加得到8.5，再像整数y赋值时，将8.5转换成整数8，然后赋值给y。
    • 2、显示转换
      • ①C语言： (类型名）表达式 例如： double i=2.2,j=3.2; cout<<(int)(i+j); ②C++: 类型名(表达式) 例如： double i=2.2,j=3.2; cout<<int(i+j);
  • 类类型与系统预定义类型间的转换（方式）
    • 转换构造函数：将一个其他类型的数据转换成它所在类的对象——只有一个形参
      • 一、 通常，使用转换构造函数将一个指定的数据转换成类对象的方法如下： ①声明一个类（例如Complex） ②在类中定义一个只有一个参数的构造函数，参数是待转换类型的数据，在函数体中指定转换方法。 例如： Complex(double r) {real=r;imag=0;} //函数体中指定转换的方法 ③形式： 类名(待转换类型的数据) 例如： Complex(7.7) 二、 下面两条句子等价： 1、 Complex com2(7.7); //调用转换构造函数，将7.7转换成对象com2 total=com1+com2; //两个Complex类对象相加 2、 total=com1+Complex(7.7);
    • 类型转换函数：将一个类的对象转换成另一类型的数据
      • 类中定义格式： operator 目标类型() { 函数体 } 例如： 声明了一个Complex类, 在Complex类中定义一个类型转换函数： operator double() { return real;}
      • 注意点： 1、此函数只能定义为一个类的成员函数而不能为类的友元函数 2、既没有参数，也不能在函数名前面指定函数类型 3、函数中必须有return语句
    • 隐式转换的例子要的话可见书本p234
• 虚函数:动态的重载 ——允许函数调用与函数体之间的联系在运行时才建立
  • 引入：C++中规定：基类的对象指针可以指向它的公有派生的对象，但是当其指向公有派生类对象时，它只能访问派生类中从基类继承来的成员，而不能访问公有派生类中定义的成员。
  • 定义:在基类中用virtual说明，在派生类中重新定义的函数
    • 虚函数的定义在基类中进行
      • 定义: virtual 函数类型 函数名（形参表） { 函数体 }
    • 在基类中，只声明虚函数原型（需加上virtual），而在类外定义虚函数时，则不必加virtual
    • 在派生类中重新定义虚函数时，virtual可写可不写
    • 虚函数必须是其所在类的成员函数
      • 不能是友元函数，也不能是静态成员函数。 因为虚函数调用要靠特定的对象来决定该激活哪个函数。
  • 作用：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
  • 虚析构函数：virtual ~类名();
    • 解决由new建立的派生类无名对象和定义了一个基类的指针，并将无名对象的地址赋给这个对象指针，利用delete撤销无名对象时，只执行基类的虚构函数，而不执行派生类的虚构函数的问题
  • 虚函数与重载函数的关系
  • 多重继承与虚函数
  • 纯虚函数和抽象类：基类是一个抽象的概念，没有具体点意义
    • 纯虚函数一般形式：virtual 函数类型 函数名（参数表）=0;
    • 抽象类：类中至少有一个纯虚函数