第10讲 类的重用和多态性_ppt课件

1、计算机程序设计基础第十讲 类的重用与多态性教材：C+语言程序设计（第4版）第4章 4.4，第7章，第8章 8.3、8.4清华大学 郑 莉目录10.1 类的组合10.2 类的继承与派生10.3 访问控制10.4 类型兼容规则10.5 多态性10.6 派生类的构造、析构函数10.7 派生类成员的标识与访问10.8 小结 210.1.1组合 类中的成员数据是另一个类的对象。 可以在已有抽象的基础上实现更复杂的抽象。310.1 类的组合类组合的构造函数设计 原则：不仅要负责对本类中的基本类型成员数据赋初值，也要对对象成员初始化。 声明形式： 类名:类名(对象成员所需的形参，本类成员形参) :对象1(参

2、数)，对象2(参数)，. 本类初始化 410.1 类的组合 10.1.1 组合类组合的构造函数调用 构造函数调用顺序：先调用内嵌对象的构造函数按内嵌时的声明顺序，先声明者先构造）。然后调用本类的构造函数。（析构函数的调用顺序相反） 初始化列表中未出现的内嵌对象，用默认构造函数即无形参的初始化 系统自动生成的隐含的默认构造函数中，内嵌对象全部用默认构造函数初始化510.1 类的组合 10.1.1 组合例10-1教材例4-4）类的组合，线段Line类/4_4.cpp#include #include using namespace std;class Point /Point类定义public:P

3、oint(int xx = 0, int yy = 0) x = xx;y = yy;Point(Point &p);int getX() return x; int getY() return y; private:int x, y;Point:Point(Point &p) /拷贝构造函数的实现x = p.x;y = p.y;cout Calling the copy constructor of Point endl;610.1 类的组合 10.1.1 组合/类的组合class Line /Line类的定义public:/外部接口Line(Point xp1, Point

4、 xp2);Line(Line &l);double getLen() return len; private:/私有数据成员Point p1, p2;/Point类的对象p1,p2double len;/组合类的构造函数Line:Line(Point xp1, Point xp2) : p1(xp1), p2(xp2) cout Calling constructor of Line endl;double x = static_cast(p1.getX() - p2.getX();double y = static_cast(p1.getY() - p2.getY();len =

5、sqrt(x * x + y * y);Line:Line (Line &l): p1(l.p1), p2(l.p2) /组合类的拷贝构造函数cout Calling the copy constructor of Line endl;len = l.len;710.1 类的组合 10.1.1 组合例10-1续）/主函数int main() Point myp1(1, 1), myp2(4, 5);/建立Point类的对象Line line(myp1, myp2);/建立Line类的对象Line line2(line);/利用拷贝构造函数建立一个新对象cout The length o

6、f the line is: ;cout line.getLen() endl;cout The length of the line2 is: ;cout line2.getLen() x = x; this-y = y;void move(float offX, float offY) x += offX; y += offY; float getX() const return x; float getY() const return y; private:/私有数据成员float x, y;#endif /_POINT_H10.3 访问控制 10.3.1 公有继承23例10-2 (续)

7、/Rectangle.h#ifndef _RECTANGLE_H#define _RECTANGLE_H#include Point.hclass Rectangle: public Point /派生类定义部分public:/新增公有函数成员void initRectangle(float x, float y, float w, float h) initPoint(x, y); /调用基类公有成员函数this-w = w;this-h = h;float getH() const return h; float getW() const return w; private:/新增私有数据

8、成员float w, h;#endif /_RECTANGLE_H10.3 访问控制 10.3.1 公有继承24例10-2 (续)#include #include using namespace std;int main() Rectangle rect;/定义Rectangle类的对象/设置矩形的数据rect.initRectangle(2, 3, 20, 10);rect.move(3,2);/移动矩形位置cout The data of rect(x,y,w,h): endl;/输出矩形的特征参数cout rect.getX() , rect.getY() , rect.getW()

9、, rect.getH() x = x; this-y = y;void move(float offX, float offY) x += offX; y += offY; float getX() const return x; float getY() const return y; private:/私有数据成员float x, y;#endif /_POINT_H10.3 访问控制 10.3.2 私有继承27例10-3 （续）/Rectangle.h#ifndef _RECTANGLE_H#define _RECTANGLE_H#include Point.hclass Rectan

10、gle: private Point /派生类定义部分public:/新增公有函数成员void initRectangle(float x, float y, float w, float h) initPoint(x, y); /调用基类公有成员函数this-w = w;this-h = h;void move(float offX, float offY) Point:move(offX, offY);float getX() const return Point:getX(); float getY() const return Point:getY(); float getH() co

11、nst return h; float getW() const return w; private:/新增私有数据成员float w, h;#endif /_RECTANGLE_H10.3 访问控制 10.3.2 私有继承28例10-3 (续)#include #include using namespace std;int main() Rectangle rect;/定义Rectangle类的对象rect.initRectangle(2, 3, 20, 10); /设置矩形的数据rect.move(3,2);/移动矩形位置cout The data of rect(x,y,w,h): e

12、ndl;cout rect.getX() , /输出矩形的特征参数 rect.getY() , rect.getW() , rect.getH() endl;return 0;10.3 访问控制 10.3.2 私有继承10.3.3 保护继承(protected) 基类的public和protected成员都以protected身份出现在派生类中，但基类的private成员不可直接访问。 派生类中的成员函数可以直接访问基类中的public和protected成员，但不能直接访问基类的private成员。 通过派生类的对象不能直接访问基类中的任何成员2910.3 访问控制 10.3.3 保护继承p

13、rotected 成员的特点与作用 对建立其所在类对象的模块来说，它与 private 成员的性质相同。 对于其派生类来说，它与 public 成员的性质相同。 既实现了数据隐藏，又方便继承，实现代码重用。3010.3 访问控制 10.3.3 保护继承31例： protected 成员举例class A protected:int x;int main() A a;a.x = 5; /错误10.3 访问控制 10.3.3 保护继承32例 (续)class A protected:int x;class B: public Apublic:void function();void B:funct

14、ion() x = 5; /正确10.3 访问控制 10.3.3 保护继承10.4 类型兼容规则 一个公有派生类的对象在使用上可以被当作基类的对象，反之则禁止。具体表现在： 派生类的对象可以隐含转换为基类对象。 派生类的对象可以初始化基类的引用。 派生类的指针可以隐含转换为基类的指针。 通过基类对象名、指针只能使用从基类继承的成员3310.4 类型兼容规则34例10-4教材例7-3）类型兼容规则举例#include using namespace std;class Base1 /基类Base1定义public:void display() const cout Base1:display()

15、 endl;class Base2: public Base1 /公有派生类Base2定义public:void display() const cout Base2:display() endl;class Derived: public Base2 /公有派生类Derived定义public:void display() const cout Derived:display() display();/对象指针-成员名int main() /主函数Base1 base1;/声明Base1类对象Base2 base2;/声明Base2类对象Derived derived;/声明Derived类

16、对象fun(&base1);/用Base1对象的指针调用fun函数fun(&base2);/用Base2对象的指针调用fun函数fun(&derived); /用Derived对象的指针调用fun函数return 0;10.4 类型兼容规则运行结果：Base1:display()Base1:display()Base1:display()绝对不要重新定义继承而来的非虚函数10.5.1 一般虚函数成员 C+中引入了虚函数的机制在派生类中可以对基类中的成员函数进行覆盖重定义）。 虚函数的声明Virtual 函数类型 函数名形参表） 函数体3610.5 多态性例10-5教材例

17、8-4虚函数成员#include using namespace std;class Base1 /基类Base1定义public:virtual void display() const;/虚函数;void Base1:display() const cout Base1:display() endl;class Base2:public Base1 /公有派生类Base2定义public:void display() const; /覆盖基类的虚函数;void Base2:display() const cout Base2:display() endl;3710.5 多态性 10.5.1

18、 一般虚函数成员 class Derived: public Base2 /公有派生类public:void display() const; /覆盖基类的虚函数;void Derived:display() const cout Derived:display() display();/对象指针-成员名 int main() /主函数Base1 base1;/定义Base1类对象Base2 base2;/定义Base2类对象Derived derived; /定义Derived类对象fun(&base1);/用Base1对象的指针调用fun函数fun(&base2);/用Ba

19、se2对象的指针调用fun函数fun(&derived);/用Derived对象的指针调用fun函数return 0;38例10-5续）10.5 多态性 10.5.1 一般虚函数成员 运行结果：Base1:display()Base2:display()Derived:display()10.5.2 虚析构函数为什么需要虚析构函数？可能通过基类指针删除派生类对象；如果你打算允许其他人通过基类指针调用对象的析构函数通过delete这样做是正常的），就需要让基类的析构函数成为虚函数，否则执行delete的结果是不确定的。3910.5 多态性例10-6教材例8-5虚析构函数举例#includ

20、e using namespace std; class Base public:Base();Base:Base() cout Base destructor endl; class Derived: public Basepublic:Derived();Derived();4010.5 多态性 10.5.2 虚析构函数private:int *p;Derived:Derived() p = new int(0);Derived:Derived() cout Derived destructor endl;delete p; void fun(Base* b) delete b; int

21、main() Base *b = new Derived();fun(b);return 0;例10-6续） 运行时结果： Base destructor 避免上述错误的有效方法就是将析构函数声明为虚函数，运行结果变为： Derived destructor Base destructor4110.5 多态性 10.5.2 虚析构函数42指向f()的指针指向g()的指针Base的虚表指向f()的指针指向g()的指针指向h()的指针Derived的虚表(Base:f的代码)push %ebpmov %esp,%ebp(Base:g的代码)push %ebpmov %esp,%ebp(Derive

22、d:f的代码)push %ebpmov %esp,%ebp(Derived:h的代码)push %ebpmov %esp,%ebpivptrivptrjBase类型对象Derived类型对象class Base public:virtual void f();virtual void g();private:int i;class Derived: public Base public:virtual void f(); /覆盖Base:fvirtual void h(); /新增的虚函数private:int j;10.5 多态性 10.5.3虚函数动态绑定的实现原理10.5.4 纯虚函数

23、纯虚函数是一个在基类中声明的虚函数，它在该基类中没有定义具体的操作内容，要求各派生类根据实际需要定义自己的版本，纯虚函数的声明格式为： virtual 函数类型 函数名(参数表) = 0; 带有纯虚函数的类称为抽象类: class 类名 virtual 类型 函数名(参数表)=0; /纯虚函数 . 4310.5 多态性10.5.5 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。 不能声明抽象类的对象。 构造函数不能是虚函数，析构

24、函数可以是虚函数。4410.5 多态性例10-7教材例8-6抽象类举例/8_6.cpp#include using namespace std; class Base1 /基类Base1定义public:virtual void display() const = 0;/纯虚函数; class Base2: public Base1 /公有派生类Base2定义public:void display() const;/覆盖基类的虚函数;void Base2:display() const cout Base2:display() endl;4510.5 多态性 10.5.5 抽象类class D

25、erived: public Base2 /公有派生类Derived定义public:void display() const;/覆盖基类的虚函数;void Derived:display() const cout Derived:display() display();/对象指针-成员名 int main() /主函数Base2 base2;/定义Base2类对象Derived derived;/定义Derived类对象fun(&base2);/用Base2对象的指针调用fun函数fun(&derived);/用Derived对象的指针调用fun函数return 0;4610

26、.5 多态性 10.5.5 抽象类例10-7续）运行结果：Base2:display()Derived:display()基类与派生类的对应关系 单继承 派生类只从一个基类派生。 多继承 派生类从多个基类派生。 多重派生 由一个基类派生出多个不同的派生类。 多层派生 派生类又作为基类，继续派生新的类。4710.6 派生类的构造和析构函数 10.6.1 构造函数多继承时派生类的声明class 派生类名：继承方式1 基类名1，继承方式2 基类名2，.成员声明；注意：每一个“继承方式”，只用于限制对紧随其后之基类的继承。4810.6 派生类的构造和析构函数 10.6.1 构造函数例10-8多继承举例

27、class A public:void setA(int);void showA() const;private:int a;class B public:void setB(int);void showB() const;private:int b;class C : public A, private B public:void setC(int, int, int);void showC() const;private const:int c;4910.6 派生类的构造和析构函数 10.6.1 构造函数例10-8 (续)void A:setA(int x) a=x; void B:set

28、B(int x) b=x; void C:setC(int x, int y, int z) /派生类成员直接访问基类的/公有成员setA(x); setB(y); c = z;/其他函数实现略int main() C obj;obj.setA(5);obj.showA();obj.setC(6,7,9);obj.showC();/ obj.setB(6); 错误/ obj.showB(); 错误return 0;5010.6 派生类的构造和析构函数 10.6.1 构造函数继承时的构造函数 基类的构造函数不被继承，派生类中需要声明自己的构造函数。 定义构造函数时，只需要对本类中新增成员进行初始

29、化，对继承来的基类成员的初始化，自动调用基类构造函数完成。 派生类的构造函数需要给基类的构造函数传递参数5110.6 派生类的构造和析构函数 10.6.1 构造函数单一继承时的构造函数派生类名:派生类名(基类所需的形参，本类成员所需的形参):基类名(参数表)本类成员初始化赋值语句；5210.6 派生类的构造和析构函数 10.6.1 构造函数53例10-9单一继承时的构造函数举例#includeusing namecpace std;class B public:B();B(int i);B();void print() const;private:int b;10.6 派生类的构造和析构函数

30、10.6.1 构造函数54例10-9 (续)B:B() b=0;cout Bs default constructor called. endl;B:B(int i) b=i;cout Bs constructor called. endl;B:B() cout Bs destructor called. endl;void B:print() const cout b endl;10.6 派生类的构造和析构函数 10.6.1 构造函数55例10-9 (续)class C: public B public:C();C(int i, int j);C();void print() const;p

31、rivate:int c;C:C() c = 0;cout Cs default constructor called. endl;C:C(int i,int j): B(i) c = j;cout Cs constructor called. endl;10.6 派生类的构造和析构函数 10.6.1 构造函数56例10-9 (续)C:C() cout Cs destructor called. endl;void C:print() const B:print();cout c endl;int main() C obj(5, 6);obj.print();return 0;10.6 派生类

32、的构造和析构函数 10.6.1 构造函数多继承时的构造函数派生类名:派生类名(参数表):基类名1(基类1初始化参数表), 基类名2(基类2初始化参数表), .基类名n(基类n初始化参数表) 本类成员初始化赋值语句；5710.6 派生类的构造和析构函数 10.6.1 构造函数派生类与基类的构造函数 当基类中声明有缺省构造函数或未声明构造函数时，派生类构造函数可以不向基类构造函数传递参数，也可以不声明，构造派生类的对象时，基类的缺省构造函数将被调用。 当需要执行基类中带形参的构造函数来初始化基类数据时，派生类构造函数应在初始化列表中为基类构造函数提供参数。5810.6 派生类的构造和析构函数 10

33、.6.1 构造函数多继承且有内嵌对象时的构造函数派生类名:派生类名(形参表):基类名1(参数), 基类名2(参数), .基类名n(参数)，新增成员对象的初始化 本类成员初始化赋值语句；5910.6 派生类的构造和析构函数 10.6.1 构造函数构造函数的执行顺序调用基类构造函数，调用顺序按照它们被继承时声明的顺序从左向右）。对成员对象进行初始化，初始化顺序按照它们在类中声明的顺序。执行派生类的构造函数体中的内容。6010.6 派生类的构造和析构函数 10.6.1 构造函数61例10-10教材例7-4）派生类构造函数举例#include using namespace std;class Bas

34、e1 /基类Base1，构造函数有参数public:Base1(int i) cout Constructing Base1 i endl; ;class Base2 /基类Base2，构造函数有参数public:Base2(int j) cout Constructing Base2 j endl; ;class Base3 /基类Base3，构造函数无参数public:Base3() cout Constructing Base3 * endl; ;10.6 派生类的构造和析构函数 10.6.1 构造函数62例10-10 (续)class Derived: public Base2, pu

35、blic Base1, public Base3 /派生新类Derived，注意基类名的顺序public:/派生类的公有成员Derived(int a, int b, int c, int d): Base1(a), member2(d), member1(c), Base2(b) /注意基类名的个数与顺序，/注意成员对象名的个数与顺序private:/派生类的私有成员对象Base1 member1;Base2 member2;Base3 member3;int main() Derived obj(1, 2, 3, 4);return 0;10.6 派生类的构造和析构函数 10.6.1 构造

36、函数运行结果：constructing Base2 2constructing Base1 1constructing Base3 *constructing Base1 3constructing Base2 4constructing Base3 *10.6.2 拷贝构造函数 若建立派生类对象时没有编写拷贝构造函数，编译器会生成一个隐含的拷贝构造函数，该函数先调用基类的拷贝构造函数，再为派生类新增的成员对象执行拷贝。 若编写派生类的拷贝构造函数，则需要为基类相应的拷贝构造函数传递参数。 例如:C:C(const C &c1): B(c1) 6310.6 派生类的构造和析构函数10.

37、6.3 析构函数 析构函数也不被继承，派生类自行声明 声明方法与一般无继承关系时类的析构函数相同。 不需要显式地调用基类的析构函数，系统会自动隐式调用。 析构函数的调用次序与构造函数相反。6410.6 派生类的构造和析构函数 10.6.3 析构函数65例10-11教材例7-5）派生类析构函数举例#include using namespace std;class Base1 /基类Base1，构造函数有参数public:Base1(int i) cout Constructing Base1 i endl; Base1() cout Destructing Base1 endl; ;class

38、 Base2 /基类Base2，构造函数有参数public:Base2(int j) cout Constructing Base2 j endl; Base2() cout Destructing Base2 endl; ;class Base3 /基类Base3，构造函数无参数public:Base3() cout Constructing Base3 * endl; Base3() cout Destructing Base3 endl; ;10.6 派生类的构造和析构函数 10.6.3 析构函数66例10-11 (续)class Derived: public Base2, publi

39、c Base1, public Base3 /派生新类Derived，注意基类名的顺序public:/派生类的公有成员Derived(int a, int b, int c, int d): Base1(a), member2(d), member1(c), Base2(b) /注意基类名的个数与顺序，注意成员对象名的个数与顺序private:/派生类的私有成员对象Base1 member1;Base2 member2;Base3 member3;int main() Derived obj(1, 2, 3, 4);return 0;10.6 派生类的构造和析构函数 10.6.3 析构函数67

40、例10-11 (续)运行结果：Constructing Base2 2Constructing Base1 1Constructing Base3 *Constructing Base1 3Constructing Base2 4Constructing Base3 *Destructing Base3Destructing Base2Destructing Base1Destructing Base3Destructing Base1Destructing Base210.6 派生类的构造和析构函数 10.6.3 析构函数同名隐藏规则当派生类与基类中有相同成员时：若未强行指名，则通过派生类对

41、象使用的是派生类中的同名成员。如要通过派生类对象访问基类中被隐藏的同名成员，应使用基类名限定。6810.7 派生类成员的标识与访问 10.7.1 作用域分辨69例10-12教材例7-6）多继承同名隐藏举例#include using namespace std;class Base1 /定义基类Base1public:int var;void fun() cout Member of Base1 endl; ;class Base2 /定义基类Base2public:int var;void fun() cout Member of Base2 endl; ;class Derived: pu

42、blic Base1, public Base2 /定义派生类Derivedpublic:int var;/同名数据成员void fun() cout Member of Derived Base2:var = 3; /作用域分辨符标识p-Base2:fun();/访问Base2基类成员return 0;10.7 派生类成员的标识与访问 10.7.1 作用域分辨二义性问题 在多继承时，基类与派生类之间，或基类之间出现同名成员时，将出现访问时的二义性不确定性）采用虚函数参见第8章或同名隐藏规则来解决。 当派生类从多个基类派生，而这些基类又从同一个基类派生，则在访问此共同基类中的成员时，将产生二义

43、性采用虚基类来解决。7110.7 派生类成员的标识与访问 10.7.1 作用域分辨二义性问题举例class A public:void f();class B public:void f();void g();class C: public A, piblic B public:void g();void h();如果定义：C c1;那么 c1.f() 具有二义性而 c1.g() 无二义性同名隐藏）7210.7 派生类成员的标识与访问 10.7.1 作用域分辨二义性的解决方法 解决方法一：用类名来限定c1.A:f() 或 c1.B:f() 解决方法二：同名隐藏在C 中声明一个同名成员函数f()

44、，f()再根据需要调用 A:f() 或 B:f()7310.7 派生类成员的标识与访问 10.7.1 作用域分辨例10-13教材例7-7）多继承同名隐藏举例/7_7.cpp#include using namespace std;class Base0 /定义基类Base0public:int var0;void fun0() cout Member of Base0 endl; ;class Base1: public Base0 /定义派生类Base1 public:/新增外部接口int var1;class Base2: public Base0 /定义派生类Base2 public:/

45、新增外部接口int var2;7410.7 派生类成员的标识与访问 10.7.1 作用域分辨例10-13续）class Derived: public Base1, public Base2 /定义派生类Derived public:/新增外部接口int var;void fun() cout Member of Derived endl; ; int main() /程序主函数Derived d;/定义Derived类对象dd.Base1:var0 = 2;/使用直接基类d.Base1:fun0();d.Base2:var0 = 3;/使用直接基类d.Base2:fun0();return

46、0;7510.7 派生类成员的标识与访问 10.7.1 作用域分辨派生类C的对象的存储结构示意图：var0var1var0var2varBase0类成员Base0类成员Base1类成员Base2类成员Derived类对象有二义性：有二义性：Derived d;d.var0d.Base0:var0无二义性：无二义性：d.Base1:var0d.Base2:var07610.7 派生类成员的标识与访问 10.7.1 作用域分辨Base0Base1Base2DerivedBase010.7.2 虚基类 虚基类的引入 用于有共同基类的场合 声明 以virtual修饰说明基类例：class B1:vir

47、tual public B 作用 主要用来解决多继承时可能发生的对同一基类继承多次而产生的二义性问题. 为最远的派生类提供唯一的基类成员，而不重复产生多次拷贝 注意： 在第一级继承时就要将共同基类设计为虚基类。7710.7 派生类成员的标识与访问78例10-14教材例7-8）虚基类举例10.7 派生类成员的标识与访问 10.7.2 虚基类DerivedBase0:var0:intBase1:var1:intBase2:var2:intvar :intBase0:fun0():voidfun():voidBase1+ var1 : intBase2+ var2 : intDerived+ var : int+ fun() : void Base0+ var0 : int+ fun0() : void79例10-14 (续)#include usin