第10章多态性与虚函数【内容提要】多态性的概念；函数和运算符的重载；虚函数和抽象类。

【重点与难点】10.1 多态性的概念在面向对象的概念中，多态性是指不同对象接收到相同消息时，根据对象类的不同产生不同的动作。

由静态联编支持的多态性称为编译时的多态性或静态多态性，也就是说，确定同名操作的具体操作对象的过程是在编译过程中完成的。

C++用函数重载和运算符重载来实现编译时的多态性。

由动态联编支持的多态性称为运行时的多态性活动太多态性，也就是说，确定同名操作的具体操作对象的过程是在运行过程中完成的。

C++用继承和虚函数来实现运行时的多态性。

10.2 函数和运算符的重载10.2.1 函数重载面向对象程序设计中，函数的重载表现为两种情况：第一种是参数个数或类型有所差别的重载，第二种是函数的参数完全相同但属于不同的类。

10.2.2 运算符重载C++预定义的运算符只是对基本数据类型进行操作，而对于自定义的数据类型比如类，却没有类似的操作。

为了实现对自定义类型的操作，就必须自己编写程序来说明某个运算符作用在这些数据类型上时，应该完成怎样的操作，这就要引入运算符重载的概念。

运算符的重载形式有两种，一种是重载为类的成员函数，一种是重载为类的友元函数。

成员运算符函数的定义：在类内声明的一般形式为：<返回类型> operator<运算符>(参数表)；在类外定义的一般形式为：<返回类型> <类名∷> operator<运算符>(参数表){函数体}其中，operator是定义运算符重载函数的关键字；运算符是要重载的运算符的名称；参数表给出重载运算符所需要的参数和类型。

将重载的运算符函数定义为类的友元函数，称为友元运算符函数。

友元运算符函数不友员运算符函数的定义：在类内声明的一般形式为：friend<返回类型> operator<运算符>(参数表)；在类外定义的一般形式为：<返回类型> operator<运算符>(参数表){函数体}其中，friend是声明友元函数的关键字，operator是定义运算符重载函数的关键字；运算符是要重载的运算符的名称；参数表给出重载运算符所需要的参数和类型。

几种典型运算符的重载①加法运算符“+”的重载②“++”和“--”的重载③赋值运算符“=”的重载④函数调用运算符“（）”的重载⑤下标运算符“[ ]”的重载10.3 虚函数和抽象类虚函数是重载的另一种形式，实现的是动态的重载，即函数调用与函数体之间的联系是在运行时才建立，也就是动态联编。

10.3.1 虚函数的定义和使用虚函数的定义是在基类中进行的，即把基类中需要定义为虚函数的成员函数声明为virtual。

当基类中的某个成员函数被声明为虚函数后，它就可以在派生类中被重新定义。

在派生类中重新定义时，其函数原型，包括返回类型、函数名、参数个数和类型、参数的顺序都必须与基类中的原型完全一致。

虚函数定义的一般形式为：virtual<函数类型><函数名>(参数表){函数体}使用虚函数时应注意如下问题：①虚函数的声明只能出现在类声明的函数原型的声明中，不能出现在函数体实现的时候，而且，基类中只有保护成员或公有成员才能被声明为虚函数。

②在派生类中重新定义虚函数时，关键字virtual可以写也可不写，但在容易引起混乱时，应写上该关键字。

③动态联编只能通过成员函数来调用或通过指针、引用来访问虚函数，如果用对象名的形式来访问虚函数，将采用静态联编。

④虚函数必须是所在类的成员函数，不能是友元函数或静态成员函数。

但可以在另一个类中被声明为友元函数。

⑤构造函数不能声明为虚函数，析构函数可以声明为虚函数。

⑥由于内联函数不能在运行中动态确定其外治，所以它不能声明为虚函数。

10.3.2 纯虚函数和抽象类抽象类是一种特殊的类，它为一族类提供统一的操作界面，建立抽象类就是为了通过它多态地使用其中的成员函数。

抽象类是带有纯虚函数的类。

一个抽象类至少带有一个纯虚函数。

纯虚函数是在一个基类中说明的虚函数，它在该基类中没有具体的操作内容，要求各派生类在重新定义时根据自己的需要定义实际的操作内容。

纯虚函数的一般定义形式为：virtual<函数类型><函数名>(参数表)=0；纯虚函数与普通虚函数的定义的不同在于书写形式上加了“=0”，说明在基类中不用定义该函数的函数体，它的函数体由派生类定义。

如果一个类中至少有一个纯虚函数，这个类就成为抽象类。

它的主要作用是为一个族类提供统一的公共接口，以有效地发挥多态的特性。

使用时应注意以下问题：①抽象类只能用作其它类的基类，不能建立抽象类的对象。

因为它的纯虚函数没有定义功能。

②抽象类不能用作参数类型、函数的返回类型或显式转换的类型。

③可以声明抽象类的指针和引用，通过它们，可以指向并访问派生类对象，从而访问派生类的成员。

④若抽象类的派生类中没有给出所有纯虚函数的函数体，这个派生类仍是一个抽象类。

若抽象类的派生类中给出了所有纯虚函数的函数体，这个派生类不再是一个抽象类，可以声明自己的对象。

【典型例题】例题1.下面关于虚函数和函数重载的叙述不正确的是（）。

(a)虚函数不是类的成员函数(b)虚函数实现了C++的多态性(c)函数重载允许非成员函数，而虚函数则不行(d)函数重载的调用根据参数的个数、序列来确定，而虚函数依据对象确定解答：函数重载和虚函数是C++中实现多态性的两种手段，但是它们的实现机制是不一样的；函数重载依据调用时的参数进行区分，而虚函数则根据对象实际的指向确定调用的版本。

答案为：a。

例题2.（）是一个在基类中说明的虚函数，它在该基类中没有定义，但要求任何派生类都必须定义自己的版本。

(a)纯虚函数(b)虚析构函数(c)虚构造函数(d)静态成员函数解答：抽象类中的纯虚函数没有具体的定义，需要在抽象类的派生类中定义。

因此，纯虚函数是一个在基类中说明的虚函数，它在该基类中没有定义，但要求任何派生类都必须定义自己的版本。

答案为：a例题3.实现运行时的多态性要使用（）。

(a)构造函数(b)析构函数(c)重载函数(d)虚函数解答：动态联编要在程序运行时才能确定调用哪个函数。

虚函数是实现动态联编的必要条件之一，没有虚函数一定不能实现动态联编。

答案为：d。

例题4.关于虚函数的描述中，（）是正确的。

(a)派生类的虚函数与基类的虚函数具有不同的参数个数和类型(b)基类中说明勒虚函数后，派生类中其对应的函数一定要说明为虚函数(c)虚函数是一个成员函数(d)虚函数是一个static类型的成员函数解答：为实现某种功能而假设的函数称为虚函数。

虚函数是用关键字virtual进行说明。

虚函数是动态联编的基础。

虚函数只能是类中的一个成员函数，但不能是静态成员；派生类的虚函数与基类的虚函数具有相同的参数个数和类型，当派生类的虚函数与基类中的对应的虚函数的参数不同时，派生类的虚函数将丢失虚特性，变为重载函数；对于基类中的虚函数，在派生类中自然是虚函数，可不必说明。

答案为：c。

例题5.下面的程序中，有错误的语句是__________。

class A //①{public: //②A(){func(); //③}virtual void func()=0; //④};解答：在成员函数内可以调用纯虚函数，但在构造函数或析构函数内调用一个纯虚函数将导致程序运行错误，因为没有为纯虚函数定义代码。

答案为：③例题6.运行下列程序的结果为__________________。

#include<iostream.h>class basepublic:void display1(){cout<<"base::display1()"<<endl;}virtual void display2(){cout<<"base::display2()"<<endl;}};class derived:public base{public:void display1(){cout<<"derived::display1()"<<endl;}void display2(){cout<<"derived::display2()"<<endl;}};void main(){base * pbase;derived d;pbase=&d;pbase->display1 ();pbase->display2();}解答：本题主要考查有关多态性的相关知识。

在基类base中，定义了一个函数display1()和虚函数display2()；在派生类derived中，重写了函数display1()，而且重新定义的虚函数display2()。

由于基类指针pbase指向的是派生类的一个对象，因而会调用派生类的display2()版本，但是对于一般的成员函数display1()，仍然遵循一般的调用规则，只调用基类的display1()版本。

本题答案为：base::display1()derived::display2()例题7.下面的程序的输出结果为an animal a person an animal a person，请将程序补充完整。

#include<iostream.h>class animal{public:______①_____ void speak(){cout<<"An animal"<<" ";}};class person:public animal{public:void speak(){cout<<"a person"<<" ";}};void main(){animal a,_______②_______;person p;a.speak();p.speak();pa=&a;pa->speak();________③_______;pa->speak();}解答：本题主要考查对多态性的理解与应用。

本题通过虚函数实现多态性，所以在基类中应定义虚函数；为了实现多态性，必须定义基类的指针，然后将它指向各个派生类的对象。

本题答案为：①virtual、②*pa、③pa=&p【习题】一、选择题1.在C++中，用于实现运行时多态性的是（）。

A）内联函数B）重载函数C）模板函数D）虚函数2.如果一个类至少有一个纯虚函数，那么就称该类为（）。