C++語言程序設(shè)計(jì)中多態(tài)問題分析

李欣然+趙山林

摘 要： C++語言程序設(shè)計(jì)課程中，多態(tài)性分為兩類。一是靜態(tài)多態(tài)，通過函數(shù)重載實(shí)現(xiàn)，解決自定義數(shù)據(jù)類型運(yùn)算問題；二是動態(tài)多態(tài)，通過虛函數(shù)實(shí)現(xiàn)，提高了程序的可擴(kuò)充性。通過實(shí)例分析出利用函數(shù)重載實(shí)現(xiàn)靜態(tài)多態(tài)的方法以及利用虛函數(shù)產(chǎn)生動態(tài)多態(tài)的條件。

關(guān)鍵詞： C++語言程序設(shè)計(jì)； 靜態(tài)多態(tài)； 動態(tài)多態(tài)； 虛函數(shù)

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-8228（2017）02-57-0

0 引言

多態(tài)性是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的一個(gè)重要特征。從系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的角度看，多態(tài)性分為兩類：靜態(tài)多態(tài)性和動態(tài)多態(tài)性[1]。靜態(tài)多態(tài)性是通過函數(shù)重載實(shí)現(xiàn)的。由函數(shù)重載和運(yùn)算符重載形成的多態(tài)性屬于靜態(tài)多態(tài)性。動態(tài)多態(tài)性是指編譯時(shí)不能確定調(diào)用的是哪個(gè)函數(shù)，而在程序運(yùn)行過程中才動態(tài)地確定具體操作對象。動態(tài)多態(tài)又稱運(yùn)行時(shí)的多態(tài)性。

1 靜態(tài)多態(tài)性

靜態(tài)多態(tài)性是程序編譯時(shí)就知道調(diào)用函數(shù)的全部信息，因此，在程序編譯時(shí)系統(tǒng)就能決定要調(diào)用的是哪個(gè)函數(shù)。靜態(tài)多態(tài)性又稱編譯時(shí)的多態(tài)性。靜態(tài)多態(tài)性的函數(shù)調(diào)用速度快、效率高，但缺乏靈活性，在程序運(yùn)行前就已決定了執(zhí)行的函數(shù)和方法。下面介紹靜態(tài)多態(tài)的實(shí)現(xiàn)方法。

1.1 函數(shù)重載

C++允許用同一函數(shù)名定義多個(gè)函數(shù)，這些函數(shù)的參數(shù)類型或者參數(shù)個(gè)數(shù)不同，這就是函數(shù)的重載。重載函數(shù)的參數(shù)個(gè)數(shù)，參數(shù)類型，或參數(shù)順序三者中必須至少有一種不同，函數(shù)返回值類型可以相同也可以不同。下列程序的功能是利用函數(shù)重載求兩個(gè)整數(shù)或三個(gè)整數(shù)最大數(shù)。

函數(shù)重載以后，根據(jù)實(shí)參的類型及個(gè)數(shù)決定調(diào)用哪個(gè)重載的函數(shù)。上例中實(shí)參是兩個(gè)就調(diào)用求兩個(gè)數(shù)最大值函數(shù)，同理實(shí)參是三個(gè)就調(diào)用求三個(gè)數(shù)最大值得函數(shù)。

當(dāng)幾個(gè)函數(shù)的功能是相同的或者相近的，只是參數(shù)類型或者參數(shù)個(gè)數(shù)不同，可以考慮定義函數(shù)重載。同一個(gè)函數(shù)，通過重載可以實(shí)現(xiàn)不同的功能。

1.2 運(yùn)算符重載

運(yùn)算符重載也屬于函數(shù)重載，解決的是自定義數(shù)據(jù)類型的運(yùn)算問題。運(yùn)算符重載既可以重載為類的成員函數(shù)也可以重載為類的友元函數(shù)。下列程序的功能是通過運(yùn)算符重載為類的成員函數(shù)完成復(fù)數(shù)的算術(shù)運(yùn)算。

C++中的運(yùn)算符只能對基本數(shù)據(jù)類型進(jìn)行運(yùn)算。復(fù)數(shù)是一種自定義數(shù)據(jù)類型，是不能用C++提供的運(yùn)算符完成算術(shù)運(yùn)算的。自定義數(shù)據(jù)類型--復(fù)數(shù)類只有通過運(yùn)算符重載才能利用C++已有的運(yùn)算符完成運(yùn)算。所以，運(yùn)算符重載解決的是自定義數(shù)據(jù)類型的運(yùn)算問題。同理通過對流插入運(yùn)算符和流提取運(yùn)算符重載可以解決自定義數(shù)據(jù)類型的輸入輸出問題。

2 動態(tài)多態(tài)性

動態(tài)多態(tài)性是指在編譯過程中不能確定調(diào)用的是哪個(gè)函數(shù)，只有在程序運(yùn)行過程中才能確定調(diào)用具體函數(shù)的過程。它又稱運(yùn)行時(shí)的多態(tài)性。動態(tài)多態(tài)性是通過虛函數(shù)（ virtual function）實(shí)現(xiàn)的。面向?qū)ο髮?shí)現(xiàn)動態(tài)多態(tài)應(yīng)滿足三個(gè)條件。首先，動態(tài)關(guān)聯(lián)必須存在于類的繼承結(jié)構(gòu)中，也就是說有基類有派生類。其次，基類中某一成員函數(shù)被定義為虛函數(shù)，且該虛函數(shù)在派生類中有不同的實(shí)現(xiàn)。第三，利用指針或引用調(diào)用該虛函數(shù)才能產(chǎn)生動態(tài)關(guān)聯(lián)。

下列程序的功能是通過虛函數(shù)完成動態(tài)關(guān)聯(lián)。

上例中p1. Area（）是通過對象名調(diào)用虛函數(shù)產(chǎn)生靜態(tài)關(guān)聯(lián)，對象名調(diào)用的是自己所屬類的虛函數(shù)。fun（rect）調(diào)用的是派生類的Area（）函數(shù)，而fun（p1）調(diào)用的是基類的Area（）函數(shù)。通過指針或引用調(diào)用虛函數(shù)才能產(chǎn)生動態(tài)關(guān)聯(lián)。

3 結(jié)論

本文分析了《C++語言程序設(shè)計(jì)》課程中多態(tài)問題。多態(tài)分為靜態(tài)多態(tài)和動態(tài)多態(tài)。通過實(shí)例分析出靜態(tài)多態(tài)的特點(diǎn)和作用，以及靜態(tài)多態(tài)的實(shí)現(xiàn)方法。通過實(shí)例分析出動態(tài)多態(tài)的特征，以及實(shí)現(xiàn)動態(tài)關(guān)聯(lián)的條件。幫助讀者理解面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語言的基本特征-----多態(tài)的含義和作用。

參考文獻(xiàn)（Reference）：

[1] 譚浩強(qiáng).C++程序設(shè)計(jì)[M].清華大學(xué)出版社，2015.

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[4] 姚林.C++程序設(shè)計(jì)[M].人民郵電出版社，2011.