C++面向对象程序设计-北京大学-郭炜【课程笔记（八）】

news2025/11/1 5:04:27

C++面向对象程序设计-北京大学-郭炜【课程笔记（八）】

  • 1、虚函数和多态的基本概念
    • `1.1、虚函数`
    • 1.2、多态
      • `多态`的表现形式一
      • `多态`的表现形式二
  • 2、多态实例：魔法门之英雄无敌
    • 2.1、**非多态的实现方法：**
    • 2.2、**多态的实现方法**
  • 3、多态实例：几何形体程序
    • 3.1、qsort函数的介绍
    • 3.2、几何形体程序
    • 3.2、铭记口诀
    • 3.3、多态例题2:
    • 3.3、多态实例3:与构造函数
  • 4、多态的实现原理
  • 5、虚析构函数、纯虚函数和抽象类
    • 5.1、虚析构函数
    • 5.2、纯虚函数和抽象类
  • 5.3、虚函数和纯虚函数的区别

开始课程：P28 1_1. 虚函数和多态的基本概念
课程链接：程序设计与算法（三）C++面向对象程序设计 北京大学 郭炜
课程PPT：github提供的对应课程PPT

1、虚函数和多态的基本概念

1.1、虚函数

  • 在类的定义中，前面有virtual关键字的成员函数就是虚函数。
class base
{
	virtual int get();
};
int base::get() {}
  • virtual关键字只用在类定义里的函数声明中，写函数体时不用。
    • 什么是函数体：函数体指的是函数定义中包含的代码块，用于实现函数的功能。 在函数定义中，通常会指定函数的名称、参数列表和返回值类型，而函数体则是具体实现函数功能的地方。
  • 构造函数和静态成员函数不能是虚函数

1.2、多态

多态的表现形式一

  • 派生类的指针可以赋给基类指针。
  • 通过基类指针调用基类和派生类中的同名虚函数时：
    • （1）、若该指针指向一个基类的对象，那么被调用是基类的虚函数；
    • （2）、若该指针指向一个派生类的对象，那么被调用的是派生类的许函数。
      以上这种机制就叫做“多态”。
#include <iostream>
using namespace std;

class CBase
{
    public:
        virtual void SomeVirtualFunction()
        {
            cout << "基类" << endl;
        }
};

class CDerived:public CBase
{
    public:
        virtual void SomeVirtualFunction()
        {
            cout << "派生类" << endl;
        }
};

int main()
{
    CDerived ODerived;
    CBase * p = & ODerived;
    // 调用哪个虚函数取决于p指向哪种类型的对象
    // 即派生类CDerived的对象
    p -> SomeVirtualFunction();  

    return 0;
}

OUT:
beida_lesson % g++ 25.cpp -o 25
beida_lesson % ./25 
派生类

多态的表现形式二

  • 派生类的对象可以赋值给基类引用
  • 通过基类引用调用基类和派生类中的同名虚函数时：
    • （1）、若该引用引用的是一个基类的对象，那么被调用时基类的虚函数
    • （2）、若该引用引用的是体格派生类的对象，那么被调用的是派生类的许函数。
      以上这种机制就叫做“多态”。
#include <iostream>
using namespace std;

class CBase
{
    public:
        virtual void SomeVirtualFunction()
        {
            cout << "基类" << endl;
        }
};

class CDerived:public CBase
{
    public:
        virtual void SomeVirtualFunction()
        {
            cout << "派生类" << endl;
        }
};

int main()
{
    CDerived ODerived;
    // 派生类的指针可以赋给基类指针
    // CBase * p = & ODerived;
    // p -> SomeVirtualFunction(); 

    //2、派生类的对象可以赋值给基类引用
    CBase & r = ODerived;
    r.SomeVirtualFunction();
    // 调用哪个虚函数取决于p\r指向哪种类型的对象
    // 即派生类CDerived的对象 

    return 0;
}
OUT:
beida_lesson % g++ 25.cpp -o 25
beida_lesson % ./25 
派生类

例：
在这里插入图片描述


int main()
{
    A a; B b; E e; D d;  
    A *pa = &a; B *pb = &b;
    D *pd = &d; E *pe = &e;

    pa -> Print();   // a.Print()被调用，输出：A::Print
    pa = pb;
    pa -> Print();   // b.Print()被调用，输出：B::Print
    pa = pd;
    pa -> Print();   // d.Print()被调用，输出：D::Print
    pa = pe;
    pa -> Print();   // e.Print()被调用，输出：E::Print

    return 0;
}

2、多态实例：魔法门之英雄无敌

在这里插入图片描述
请添加图片描述请添加图片描述请添加图片描述请添加图片描述

2.1、非多态的实现方法：

#include <iostream>
using namespace std;

class CCreature
{
    protected:
        int nPower;  // 代表攻击力
        int nLifeValue;  // 代表生命值2
};

class CDragon:public CCreature
{
    public:
        void Attack(CWolf * pWolf)
        {
            // 表现攻击动作的代码
            pWolf -> Hurted(nPower);
            pWolf -> FightBack(this);   // 表示Attack的对象：攻击的发起者
        }
        void Attack(CGhost * pGhost)
        {
            // 表现攻击动作的代码
            pGhost -> Hurted(nPower);
            pGhost -> FightBack(this);
        }
        void Hurted(int nPower)
        {
            // 表示受伤动作的代码
            nLifeValue -= nPower;
        }
        void FightBack(CWolf * pWolf)
        {
            // 表示反击动作的代码
            pWolf -> Hurted(nPower / 2);
        }
        void FightBack(CGhost * pGhost)
        {
            pGhost -> Hurted(nPower / 2);
        }
};

有n种怪物，CDragon类中就会有n个Attack成员函数，以及n个FightBack成员函数。对于其他类特使如此。

在这里插入图片描述

因为每个动物的攻击和反击方式不一样，所以不能直接在基类CCreature中定义Attack和FightBack成员函数。每一个动物要想攻击另一个动物必须含有攻击这个动物的成员函数，所以一旦添加新的怪物那么就需要在原有每个怪物类中添加Attack和FightBack两个成员函数。

2.2、多态的实现方法

请添加图片描述
请添加图片描述
请添加图片描述
在这里插入图片描述

3、多态实例：几何形体程序

3.1、qsort函数的介绍

qsort函数的声明

void qsort(void *base, size_t nitems, size_t size, int (*compar)(const void *, const void*))
  • base – 指向要排序的数组的第一个元素的指针。
  • nitems – 由 base 指向的数组中元素的个数。
  • size – 数组中每个元素的大小，以字节为单位。
  • *compar：回调函数的函数指针，需要用户自己实现回调函数

3.2、几何形体程序

在这里插入图片描述在这里插入图片描述

#include <iostream>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>

using namespace std;

class CShape
{
    public:
        virtual double Area() = 0; // 纯虚函数
        virtual void PrintInfo() = 0;
};

class CRectangle:public CShape
{
    public:
        int w,h;
        virtual double Area();
        virtual void PrintInfo();
};

class CCircle:public CShape
{
    public:
        int r;
        virtual double Area();
        virtual void PrintInfo();
};

class CTriangle:public CShape
{
    public:
        int a,b,c;
        virtual double Area();
        virtual void PrintInfo();
};

double CRectangle::Area()
{
    return w*h;
}

void CRectangle::PrintInfo()
{
    cout << "Rectangle" << Area() << endl;
}

double CCircle::Area()
{
    return 3.14*r*r;
}

void CCircle::PrintInfo()
{
    cout << "Rectangle" << Area() << endl;
}

double CTriangle::Area()
{
    double p = (a + b + c)/2.0;
    return sqrt(p*(p-a)*(p-b)*(p-c));
}

void CTriangle::PrintInfo()
{
    cout << "Traingle" << Area() << endl;
}

CShape * pShape[100]; // 基类的指针数组
int MyCompare(const void * s1, const void * s2)
{
    double a1, a2;   
    CShape * * p1;  // s1,s2是void *，不可写“* s1”来取得s1指向的内容
    CShape * * p2;  
    p1 = (CShape * *)s1;   // s1,s2指向pShape数组中的元素，数组元素的类型是CShape
    p2 = (CShape * *)s2;   // 故p1，p2都是指向指针的指针，类型为CShape **
    a1 = (*p1)->Area();    // * p1的类型是Cshape *，是基类指针，故此句为多态
    a2 = (*p2)->Area();
    if(a1<a2)
        return -1;
    else if(a2 < a1)
        return 1;
    else
        return 0;
}

int main()
{
    int i; int n;
    CRectangle * pr; CCircle * pc; CTriangle * pt;
    cout << "请输入几何形体的数量：" << endl;
    cin >> n;  // 输入几何形体的数量
    for(i=0; i<n; i++)
    {
        char c;
        cout << "请输入几何形体的种类R/C/T：" << endl;
        cin >> c;  // 输入几何形体的种类
        switch(c)
        {
            case 'R':
                pr = new CRectangle();  // new一个对象
                cout << "请输入矩形的长和宽w/h：" << endl;
                cin >> pr->w >> pr->h;
                pShape[i] = pr;
                break;
            case 'C':
                pc = new CCircle();
                cout << "请输入圆形的半径r：：" << endl;
                cin >> pc->r;
                pShape[i] = pc;
                break;
            case 'T':
                pt = new CTriangle();
                cout << "请输入三角形的三个边长a/b/c：" << endl;
                cin >> pt->a >> pt->b >> pt->c;
                pShape[i] = pt;
                break;
        }
    }
    qsort(pShape, n, sizeof(CShape*), MyCompare);
    for(i=0; i<n; i++)
    {
        pShape[i] -> PrintInfo();
    }
    return 0;
}

OUT
beida_lesson % ./27
请输入几何形体的数量：
3
请输入几何形体的种类R/C/T：
R
请输入矩形的长和宽w/h：
4
5
请输入几何形体的种类R/C/T：
C
请输入圆形的半径r：：
3
请输入几何形体的种类R/C/T：
T
请输入三角形的三个边长a/b/c：
3
4
5
Traingle6
Rectangle20
Rectangle28.26

3.2、铭记口诀

优点:

1、如果添加心得几何形体，比如五边形，则只需要从CShape派生出CPentagon，以及在main中的switch语句中增加一个case，其余部分不变有木有！
2、用基类指针数组存放指向各种派生类对象的指标，然后遍历该数组，就能对各个派生类对象做各种操作，是很常用的做法 。

铭记口诀：

1、派生类的指针可以赋值给基类指针
2、派生类的对象可以赋值给基类引用
3、用基类指针数组存放指向各种派生类对象的指标，然后遍历该数组，就能对各个派生类对象做各种操作，是很常用的做法 。

3.3、多态例题2:

#include <iostream>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>

using namespace std;

class Base
{
    public:
        void fun1() {fun2();} 
        // 等于void fun1() {this->fun2();}
        // this是基类指针，fun2是虚函数，所以是多态
        virtual void fun2() {cout << "Base::fun2()" << endl;}
};

class Derived:public Base
{
    public:
        virtual void fun2() 
        {
            cout << "Derived:fun2()" << endl;
        }
};

int main()
{
    Derived d;
    Base * pBase = & d;
    // 这里pBase指针指向的是派生类的对象d，所以this指向的是派生类的fun2
    pBase->fun1();

    return 0;
}

OUT:
Derived:fun2()

在非构造函数，非析构函数的成员函数中调用虚函数，是多态。编译时即可确定，调用的函数是自己的类或基类中定义的函数，不会等到运行时才决定调用自己的还是派生类的函数。

  • 注意事项：派生类中和基类中虚函数同名同参数表的函数，不加virtual也自动成为虚函数。

3.3、多态实例3:与构造函数

本节课程链接：看不懂对着课程就容易理解了，简单的。

  • 派生类中和基类中虚函数同名同参数表的函数，不加virtual也自动成为虚函数
  • 构造函数和析构函数函数中调用虚函数不是多态
#include <iostream>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>

using namespace std;

class myclass
{
    public:
        virtual void hello() {cout << "hello from myclass" << endl;};
        virtual void bye() {cout << "bye from myclass" << endl;}
};

class son:public myclass
{
    public:
        // 派生类中和基类中虚函数同名同参数表的函数，不加virtual也自动成为虚函数
        void hello() {cout << "hello from son" << endl;}; // 也是虚函数
        son() {hello();};  // 构造函数和析构函数函数中调用虚函数不是多态
        ~son() {bye();};
};

class grandson:public son
{
    public:
        void hello() {cout << "hello from grandson" << endl;}; // 虚函数
        void bye() {cout << "bye from grandson" << endl;};     // 虚函数
        grandson() {cout << "constructing grandson" << endl;};
        ~grandson() {cout << "destructing grandson" << endl;};
};

int main()
{
    grandson gson;  // 派生类对象，先从基类先后的构造函数开始运行。
    son *pson;
    pson = &gson;
    pson->hello();  // 多态
    return 0;
}
//OUT
hello from son
constructing grandson
hello from grandson
destructing grandson
bye from myclass

4、多态的实现原理

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

#include<iostream>
using namespace std;

class A
{
    public:
        virtual void Func()
        {
            cout << "A::Func" << endl;
        }
};

class B:public A
{
    public:
        virtual void Func()
        {
            cout << "B::Func" << endl;
        }
};

int main()
{
    A a;
    A * pa = new B();
    pa -> Func();
    //64位程序指针位8字节
    long long * p1 = (long long *) & a;  // 强制类型转化为long long形
    long long * p2 = (long long *) pa;
    // 用class A虚函数表的地址替换掉派生类class B虚函数表的地址：因为虚函数表地址在前函数变量之前![请添加图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/direct/303255d7e6814f33b23c0d628d4990f0.png)

    * p2 = * p1;  
    pa -> Func();

    return 0;
}
// OUT
beida_lesson % ./30
B::Func
A::Func

5、虚析构函数、纯虚函数和抽象类

5.1、虚析构函数

请添加图片描述
对比案例如下所示：
请添加图片描述

5.2、纯虚函数和抽象类

  • 纯虚函数：没有函数体的虚函数
class A
{
	private: 
		int a;
	public:
		virtual void Print() = 0;  //  纯虚函数
		void fun() {cout << "fun" ;}
}
  • 包含纯虚函数的类叫抽象类
    在这里插入图片描述
#include<iostream>
using namespace std;

class A
{
    public:
        virtual void f() = 0; // 纯虚函数
        void g() {this->f()}; // OK,多态
        A() {
            // f();  //错误
        }
};

class B:public A
{
    public:
        void f() {cout << "B:f()"<<endl;}
};

int main()
{
    B b;
    b.g();
    return 0;
}
// OUT
B:f()

5.3、虚函数和纯虚函数的区别

  • 定义一个函数为虚函数，不代表函数为不被实现的函数。

  • 定义他为虚函数是为了允许用基类的指针来调用子类的这个函数。

  • 定义一个函数为纯虚函数，才代表函数没有被实现。

  • 定义纯虚函数是为了实现一个接口，起到一个规范的作用，规范继承这个类的程序员必须实现这个函数。

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二叉树基础oj练习 1.单值二叉树 题目&#xff1a; 单值二叉树 如果二叉树每个节点都具有相同的值&#xff0c;那么该二叉树就是单值二叉树。 只有给定的树是单值二叉树时&#xff0c;才返回 true&#xff1b;否则返回 false。 示例 1&#xff1a; 输入&#xff1a;[1,1,1…
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Pycharm导入自定义模块报红

Pycharm导入自定义模块报红

文章目录 Pycharm导入自定义模块报红1.问题描述2.解决办法 Pycharm导入自定义模块报红 1.问题描述 Pycharm 导入自定义模块报红&#xff0c;出现红色下划线。 2.解决办法 打开【File】->【Setting】->【Build,Execution,Deployment】->【Console】->【Python Con…
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HTML的使用（中）

HTML的使用（中）

文章目录 前言一、HTML表单是什么&#xff1f;二、HTML表单的使用 &#xff08;1&#xff09;<form>...</form>表单标记&#xff08;2&#xff09;<input>表单输入标记总结 前言 在许多网页平台上浏览&#xff0c;大多逃不了登录账号。此时在网页中填写的用户…
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5G消息和5G阅信的释义与区别 | 赛邮科普

5G消息和5G阅信的释义与区别 | 赛邮科普

5G消息和5G阅信的释义与区别 | 赛邮科普 在 5G 技术全面普及的当下&#xff0c;历史悠久的短信服务也迎来了前所未有的变革。5G 阅信和 5G 消息就是应运而生的两种短信形态&#xff0c;为企业和消费者带来更加丰富的功能和更加优质的体验。 这两个产品名字和形态都比较接近&am…
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在数据库中使用存储过程插入单组/多组数据

在数据库中使用存储过程插入单组/多组数据

存储过程可以插入单组数据&#xff0c;也可以以字符串的形式插入多组数据&#xff0c;将字符串中的信息拆分成插入的数据。 首先建立一个简单的数据库 create database student; use student;选中数据库之后建立一张学生表 create table stu(uid int primary key,uname varc…
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解决Android Studio Gradle下载慢的问题

解决Android Studio Gradle下载慢的问题

安卓 gradle-7.5-bin.zip 下载慢 https://mirrors.cloud.tencent.com/gradle/7.x.x 找到对应匹配版本 把下载的文件直接复制到 C:\Users\Administrator.gradle\wrapper\dists\gradle-x.x\ 中对应版本目录下&#xff0c;例如需要下载 gradle-2.14.1-all.zip&#xff0c;则下载好…
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