? ? ? ? 多態是面向對象開發過程中一個非常重要的概念。

11.1 多態概述

11.1.1 什么是多態

? ? ? ? 多態（polymorphism），從字面理解是“多種形態，多種形式”，是一種將不同的特殊行為泛化為當個特殊記號的機制。

多態從實現的角度可劃分為兩類：

（1）編譯時的多態：編譯過程中確定了同名操作的具體操作對象

（2）運行時的多態：程序運行時才動態確定操作所針對的具體對象

11.1.2? 多態的引入

先嘗試理解以下程序：

#include<iostream>
using namespace std;class Animal
{public:void sleep(){cout<<"Animal sleep"<<endl;}void breathe(){cout<<"Animal breath"<<endl;}
};
class Fish:public Animal
{public:void breathe(){cout<<"Fish double"<<endl;}
};
int main()
{Fish fh;Animal *an=&fh;an->breathe();return 0;
}

運行結果：

分析過程如下：

如何解決這個問題呢？可以通過多態來解決。

11.1.3 聯編

聯編是確定操作的具體對象的過程，只計算機程序自身彼此關聯的過程，即把一個標識符名和一個存儲地址聯系在一起的過程，

根據進行階段的不同，可以分為靜態聯編與動態聯編，這兩種聯編過程分別對應多態的兩種實現方式，如下圖：

11.2 函數重載

? ? ? ? 函數重載與運算符重載可以實現編譯時的多態性。以下只介紹函數重載，運算符重載見第12章。

? ? ? ? 函數重載也稱為多態函數

（1）作用：使程序能夠用同一個名字來訪問一組相關的函數，提高程序靈活性。

（2）含義：函數名相同，但函數所帶的參數個數或數據類型不同（編譯系統會根據參數來決定調用哪個同名函數）????????

? ? ? ? 函數重載表現為兩種情況：

（1）參數個數或類型有所差別的重載

（2）函數的參數完全相同但屬于不同類

第一種情況與構造函數重載類似，不作追訴，只介紹第二種情況。當函數的參數完全相同但屬于不同類時，為了讓編譯能正確區分調用哪個類的同名函數，可用以下兩種方法別：

（1）用對象名區別，在函數名前加上對象名來限制（對象名.函數名）

（2）用類名和作用域運算符區別，在函數名前加“類名::”來限制（類名::函數名）

示例代碼：

#include<iostream>
using namespace std;class Point
{int x,y;public:Point(int a,int b){x=a;y=b;}double area(){return x*y;}};
class Circle:public Point
{int r;public:Circle(int a,int b,int c):Point(a,b){r=c;}double area(){return 3.1416*r*r;}
};
int main()
{Point pob(15,15);Circle cob(20,20,10);cout<<"pob.area()="<<pob.area()<<endl<<endl;cout<<"cob.area()"<<cob.area()<<endl<<endl;cout<<"cob.Point::area()"<<cob.Point::area()<<endl<<endl;return 0;
}

運行結果：

通過函數重載方式，可以是同名函數實現不同功能，即實現了靜態多態性。

11.3 虛函數

? ? ? ? ?虛函數是實現運行時多態的一個重要方式，是重載的另一種形式。也就是動態編聯。

11.3.1 定義虛函數

? ? ? ? 虛函數的定義是在基類中進行的，即把基類中需要定義為虛函數的成員函數聲明為virtual。虛函數定義的一般形式如下：

virtual <函數類型><函數名>(參數表)
{函數體；
}
virtual void breathe()
{cout<<"Animal breathe"<<endl;
}

? ? ? ? 當基類中的某個成員函數被聲明為虛函數后，就可以在派生類中重新定義。在派生類中重新定義時，其函數原型包括返回類型、函數名、參數個數和類型，參數的順序都必須與基類中的原型完全一致。

示例代碼：（與第一個代碼做對比）

#include<iostream>
using namespace std;class Animal
{public:void sleep(){cout<<"Animal sleep"<<endl;}virtual void breathe(){cout<<"Animal breath"<<endl;}
};
class Fish:public Animal
{public:void breathe(){cout<<"Fish double"<<endl;}
};
int main()
{Fish fh;Animal *an=&fh;an->breathe();return 0;
}

運行結果：

代碼將基類中的成員函數breathe()定義為虛函數，即加上virtual關鍵字，然后在主函數main()中定義Animal對象指針指向Fish的對象fh，調用breathe()函數后，得到的結果就是預期輸出Fish bubble的結果。具體分析過程如下：

在使用派生類對象指針時應該注意：

（1）不能指向私有派生類的對象；

（2）指向公有派生類對象時，只能訪問派生類中從基類繼承下來的成員，不能直接訪問公有派生類中定義的成員。

（3）指向派生類對象的指針不能指向基類的對象；

虛函數可以很好的實現多態，在使用虛函數是應注意的問題如下：

（1）虛函數的聲明只能出現在類函數原型的聲明中，不能出現在函數體實現時；

（2）基類中只有保護成員或公有成員才能被聲明為虛函數；

（3）在派生類中重新定義虛函數時，關鍵字virtual可以寫也可以不寫，但在容易引起混亂時，應該寫上關鍵字；

（4）動態編聯只能通過成員函數來調用或通過指針、引用來訪問虛函數。

在派生類中程序定義基類中的虛函數，是函數重載的另一種形式，但它與函數重載又有區別：

（1）一般函數重載，要求其函數的參數數量或參數類型必須有所不同，函數的返回值也可以不同；

（2）重載一個虛函數時，要求函數名、返回類型、參數個數、參數的類型和參數的順序必須與基類中的虛函數的原型完全相同。

11.3.2 多級繼承和虛函數

? ? ? ? 多級繼承可以看作是多個單繼承的組合，多級繼承的虛函數與單繼承的虛函數的調用相同。即不同類創建的對象調用的函數是不一樣的。

示例代碼：

#include<iostream>
using namespace std;class Base
{public:virtual void func(){cout<<"Base output"<<endl;}};
class Derived1:public Base
{public:void func(){cout<<"Derived1 output"<<endl;}
};
class Derived2:public Derived1
{public:void func(){cout<<"Derived2 output"<<endl;}
};
void test(Base &b)
{b.func();
}int main()
{Base bObj;Derived1 d1Obj;Derived2 d2Obj;test(bObj);cout<<endl;test(d1Obj);cout<<endl;test(d2Obj);cout<<endl;return 0;
}

運行結果：

????????上述代碼中定義了一個多級繼承，在基類中定義了虛函數func（），在主函數main（）中調用該函數時，不同類創建的對象調用的函數是不一樣的，即實現了多態的“一個接口，多種實現”。

11.4 純虛函數與抽象類

? ? ? ? 抽象類是一種包含純虛函數的特殊類。建立抽象類時為了多態地使用抽象類的成員函數。

11.4.1 純虛函數

? ? ? ? 在基類中不能為虛函數給出一個有意義的實現時，可以將其聲明為純虛函數。純虛函數的實現可以留給派生類來完成。純虛函數的作用是為派生類提供一個一致的接口。一般來說，一個抽象類帶有至少一個純虛函數。純虛函數的一般定義如下：

? ? ? ? 純虛函數與普通函數定義的不同在于書寫形式加了“=0”，說明在基類中不用定義改函數的函數體。

示例代碼：純虛函數的函數體由派生類定義；

#include<iostream>
using namespace std;class Point
{protected:int x0,y0;public:Point(int i=0,int j=0){x0=i;y0=j;                }    virtual void set()=0;//聲明純虛函數
};
class Line:public Point
{protected:int x1,y1;public:Line(int i=0,int j=0,int m=0,int n=0):Point(i,j){x1=m;y1=j;}void set()//定義接口函數{cout<<"Line::set() called \n";}
};void setobj(Point *p)
{p->set();
}int main()
{Line *lineobj = new Line;setobj(lineobj);return 0;
}

運行結果：

11.4.2 抽象類

? ? ? ? 抽象類是包含純虛函數的一種特殊類，是為了抽象和設計而建立的，處于繼承層次結果的教上層。抽象類是不能建立對象的，為了強調一個類是抽象類，可講該類的構造函數聲明為保護的訪問控制權限。抽象類的主要作用如下：

（1）將有關的類組織在一個繼承層層次結構中，由抽象類來為它們提供一個公共的根，相關的子類是從這個根派生出來的。

（2）抽象類只描述這組子類溝通的操作接口，而完整的實現留給子類。

使用抽象類是應注意：

（1）抽象類只能用做其他類的基類，不能創建抽象類的對象

（2）抽象類不能用做參數類型、函數的返回類型或顯示轉換的類型

（3）可以聲明抽象類的對象指針或對象引用，從而可以訪問派生類對象成員，實現多態編聯

（4）若派生類中沒有給出抽象類的所有純虛函數的函數體，派生類仍然是一個抽象類，若派生類中給出抽象類的所有純虛函數的函數體，則這個派生類不再是抽象類，可以創建自己的對象。

示例代碼：

#include<iostream>
using namespace std;class Vehicle
{protected:float speed;int total;public:Vehicle(float speed,int total){Vehicle::speed=speed;Vehicle::total=total;}virtual void ShowMember()=0;
};
class Car:public Vehicle
{protected:int aird;public:Car(int aird,float speed,int total):Vehicle(speed,total){Car::aird=aird;}void ShowMember(){cout<<"the speed is:"<<speed<<endl;cout<<"the total is:"<<total<<endl;cout<<"the aird is:"<<aird<<endl;}
};int main()
{//Vehicle a(100,4);Car b(250,150,4);b.ShowMember();return 0;
}

運行結果：

聲明抽象類Vehicle的對象a(100,4)時報錯，不能為抽象類聲明對象。