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  • 虚函数与多态

    如果我们有三个类Person、Teacher、Student它们之间的关系例如以下:


    这里写图片描写叙述
    类的关系图

    普通成员函数

    【Demo1】
    依据这个类图,我们有以下的代码实现

    #ifndef __OBJEDT_H__
    #define  __OBJEDT_H__
    
    #include <string>
    #include <iostream>
    
    class Person
    {
    public:
        Person(const string& name, int age) : m_name(name), m_age(age)
        {
        }
    
        void ShowInfo()
        {
            cout << "姓名:" << m_name << endl;
            cout << "年龄:" << m_age << endl;
        }
    
    protected:
        string  m_name;     //姓名
        int     m_age;      //年龄
    };
    
    
    class Teacher : public Person
    {
    public:
        Teacher(const string& name, int age, const string& title)
            : Person(name, age), m_title(title)
        {
        }
    
        void ShowInfo()
        {
            cout << "姓名:" << m_name << endl;
            cout << "年龄:" << m_age << endl;
            cout << "职称:" << m_title << endl;
        }
    
    private:
        string  m_title;        //职称
    };
    
    class Student : public Person
    {
    public:
        Student(const string& name, int age, int studyId)
            : Person(name, age), m_studyId(studyId)
        {
        }
    
        void ShowInfo()
        {
            cout << "姓名:" << m_name << endl;
            cout << "年龄:" << m_age << endl;
            cout << "学号:" << m_studyId << endl;
        }
    
    private:
        int m_studyId;          //学号
    };
    
    #endif  //__OBJEDT_H__

    測试代码:

    void test()
    {
        Person* pPerson = new Person("张三", 22);
        Teacher* pTeacher = new Teacher("李四", 35, "副教授");
        Student* pStudent = new Student("王五", 18, 20151653);
        pPerson->ShowInfo();
        cout << endl;
        pTeacher->ShowInfo();
        cout << endl;
        pStudent->ShowInfo();
        cout << endl;
        delete pPerson;
        delete pTeacher;
        delete pStudent;
    }

    结果:

    姓名:张三
    年龄:22

    姓名:李四
    年龄:35
    职称:副教授

    姓名:王五
    年龄:18
    学号:20151653

    说明:
    这里的ShowInfo就是一个普通的函数。pPerson、pTeacher和pStudent三个对象调用ShowInfo分别展示自己的信息。
    我们知道:父类的指针是能够指向子类的对象的。我们把以上測试代码略微改一下:
    【Demo2】

    void test()
    {
        Person* pPerson = new Person("张三", 22);
        Person* pTeacher = new Teacher("李四", 35, "副教授");
        Person* pStudent = new Student("王五", 18, 20151653);
        pPerson->ShowInfo();
        cout << endl;
        pTeacher->ShowInfo();
        cout << endl;
        pStudent->ShowInfo();
        cout << endl;
        delete pPerson;
        delete pTeacher;
        delete pStudent;
    }

    结果:

    姓名:张三
    年龄:22

    姓名:李四
    年龄:35

    姓名:王五
    年龄:18

    这时。pTeacher和pStudent仅仅输出了姓名和年龄,并没有输出子类所具有的特性(职称和学号)。

    这应该不是你期望的结果,你可能期望pTeacher和pStudent输出老师和学生的完整信息,这时就须要用虚函数。

    虚函数

    我们把Person中的ShowInfo成员改成虚函数(在前面加上virtual),代码例如以下:
    【Demo3】

    class Person
    {
    public:
        Person(const string& name, int age) : m_name(name), m_age(age)
        {
        }
    
        virtual void ShowInfo()
        {
            cout << "姓名:" << m_name << endl;
            cout << "年龄:" << m_age << endl;
        }
    
    protected:
        string  m_name;     //姓名
        int     m_age;      //年龄
    };

    在执行上面【Demo2】中的測试代码,得到我们想到的结果:

    姓名:张三
    年龄:22

    姓名:李四
    年龄:35
    职称:副教授

    姓名:王五
    年龄:18
    学号:20151653

    虚函数使用方法要点:

    1. 虚函数的声明方式:

      virtual RETURN_TYPE functionName(ARGS 參数列表);

    2. 虚函数作用:现实C++中的多态。进行动态绑定(父类指针可指向子类的对象),直到执行时才知道要调用哪个版本号(哪个类定义)的函数;

    3. 我们必要对虚函数进行定义;
    4. 一旦父类的成员函数声明virtual,其子类的函数无论有没有声明为virtual,都是虚函数。
    5. 如果虚函数使用默认实參,父类和子类定义的默认实參最好一致。

    【Demo4】:针对第4点说明:

    class Person
    {
    public:
        Person(const string& name, int age) : m_name(name), m_age(age)
        {
        }
    
        virtual void ShowInfo()
        {
            cout << "姓名:" << m_name << endl;
            cout << "年龄:" << m_age << endl;
        }
    
        string GetName();       //正确,普通函数如果不被使用,能够仅仅有声明未定义
        virtual int GetAge();   //错误,虚函数必须要有定义。即使是一个空实现,由于编译器无法确定会使用哪个函数
    
    
    protected:
        string  m_name;     //姓名
        int     m_age;      //年龄
    };

    【Demo5】:针对第5点进行说明:
    设计我们的类例如以下定义。

    class Person
    {
    public:
        virtual void SetAge(int age = 0)
        {
            m_age = age;
        }
        //... 省略
    };
    
    
    class Teacher : public Person
    {
    public:
        virtual void SetAge(int age = 1)
        {
            m_age = age;
        }
    
        //... 省略
    };
    
    class Student : public Person
    {
    public:
        virtual void SetAge(int age = 2)
        {
            m_age = age;
        }
    
        //... 省略
    };

    測试1:

    void test()
    {
        Person* pPerson = new Person("张三", 22);
        Teacher* pTeacher = new Teacher("李四", 35, "副教授");
        Student* pStudent = new Student("王五", 18, 20151653);
        pPerson->SetAge();
        pTeacher->SetAge();
        pStudent->SetAge();
    
        pPerson->ShowInfo();
        cout << endl;
        pTeacher->ShowInfo();
        cout << endl;
        pStudent->ShowInfo();
        cout << endl;
        delete pPerson;
        delete pTeacher;
        delete pStudent;
    }

    结果:

    姓名:张三
    年龄:0

    姓名:李四
    年龄:1
    职称:副教授

    姓名:王五
    年龄:2
    学号:20151653

    測试2:

    void test()
    {
        Person* pPerson = new Person("张三", 22);
        Person* pTeacher = new Teacher("李四", 35, "副教授");
        Person* pStudent = new Student("王五", 18, 20151653);
        pPerson->SetAge();
        pTeacher->SetAge();
        pStudent->SetAge();
    
        pPerson->ShowInfo();
        cout << endl;
        pTeacher->ShowInfo();
        cout << endl;
        pStudent->ShowInfo();
        cout << endl;
        delete pPerson;
        delete pTeacher;
        delete pStudent;
    }

    结果:

    姓名:张三
    年龄:0

    姓名:李四
    年龄:0
    职称:副教授

    姓名:王五
    年龄:0
    学号:20151653

    纯虚函数

    在上面的样例中。我们如果全部的人都要工作,但不同的人工作的方式不同。于是我们就要强制要求继承自Person的子类都要有工作的方法,这就须要纯虚函数。定义例如以下:
    【Demo6】

    class Person
    {
    public:
        //... 省略
        virtual void DoWork() = 0;
            //... 省略
    };

    但此时我们编译

    Person* pPerson = new Person("张三", 22);
    

    这句话时会报错:error C2259: ‘Person’ : cannot instantiate abstract class
    这是由于我们并没有为Person实现DoWork方法,而包括纯虚函数的类是一个抽象的类,抽象类不能被实例化。

    于是我们在子类中对它实现例如以下:
    【Demo7】

    class Teacher : public Person
    {
    public:
        //... 省略
        virtual void DoWork()
        {
            cout << "教书..." << endl;
        }
        //... 省略
    };
    
    class Student : public Person
    {
    public:
        //... 省略
        virtual void DoWork()
        {
            cout << "学习..." << endl;
        }
        //... 省略
    };

    没用DoWork方法:

    void test()
    {
        Person* pTeacher = new Teacher("李四", 35, "副教授");
        Person* pStudent = new Student("王五", 18, 20151653);
    
        pTeacher->DoWork();
        cout << endl;
        pStudent->DoWork();
        cout << endl;
    
        delete pTeacher;
        delete pStudent;
    }

    结果:

    教书…

    学习…

    纯虚函数使用方法要点:

    1. 纯虚函数的声明方式:

      virtual RETURN_TYPE functionName(ARGS 參数列表) = 0;

    2. 含有纯虚函数的类是一个抽象的类。抽象类不能被实例化。

    3. 包括纯虚函数的抽象类经常使用来当作对外的接口,说明这个类有什么功能,而没有详细的实现,基体的实现交由子类完毕。
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