基于C++与虚函数多态性编程实现机制探讨.docVIP

基于C++与虚函数的多态性编程实现机制探讨 来源：武当山 关键词: 动态联编；虚函数；多态性 摘要: 关于虚函数能否解决类的派生过程中出现的切片问题，论文结合具体实例，给出了在C++中利用虚函数实现程序多态性的设计方法，并进一步探讨了多态性编程的实现机制。 中图分类号： TP311 文献标识码：A 文章编号：1004-633X（2011）12-0061-02 多态性是面象对象程序设计的重要特征，封装性、继承性和多态性一起并称为OOP（Object Oriented Programming）的三大特征，多态性是面象对象编程技术的核心组件之一。多态性对于C++的学习者来说是学习过程中最困难的概念，也是理解OOP的转折点[1]。本文基于具体案例，给出了在C++中利用虚函数实现面向对象编程的多态性的设计方法，并进一步探讨了多态性编程的实现机制。 1 多态性与虚函数 多态性是指为一个函数名关联多种含义的能力，即同一种调用方式可以映像到不同的函数。这种把函数的调用与适当的函数体对应的活动又称为绑定（binding）。根据绑定所进行阶段的不同，可分为早期绑定（early binding）、晚期绑定（late binding），早期绑定发生在程序的编译阶段，称为静态联编(static binding)，晚期绑定发生在程序的运行阶段，称为动态联编（dynamic binding）。C++支持基于静态联编和动态联编的两种不同的多态性：编译时的多态性和运行时的多态性。 1.1 编译期多态 编译期多态在OOP中的具体体现是函数重载(overloading)，函数重载指的是允许多个不同函数使用同一个函数名，但要求这些同名函数具有不同的参数表（当然，函数体的代码也不同）：参数表中的参数个数不同、参数表中对应的参数类型不同或参数表中不同类型参数的次序不同。 系统对函数重载这种多态性的分辨与处理是在编译阶段完成的。因为重载函数的形参表是不同的，因些，在编译过程中，系统就可以根据函数调用时的实参类型来匹配这些同名的函数，进而确定函数调用语句实际上对应的函数体代码（位置），故称这种多态性是编译期多态。 1.2 运行期多态 通过动态联编技术，为一个函数名关联多种含义的能力，称为运行期多态性。 为增强多态性，C++不仅支持函数的重载，还允许在不同的类中出现其原型完全相同的函数，即所谓的超载。函数超载(overriding) 是指在基类与其派生类的范围内，允许多个不同函数使用完全相同的函数名、函数参数表和函数返回类型。函数的超载在更高的层次上充分体现了程序的多态性。由于函数超载允许不同的函数具有完全相同的函数原型，因此在编译阶段无法判别此次调用应执行哪段函数代码。只有到了运行过程执行到此处时，[本文来自论文之家:,转载请保留此标记]才有可能临时判别执行哪一段函数代码，即动态联编。函数的超载需要动态联编技术的支持，而动态联编是通过虚函数来实现的。 1.3虚函数(virtual function) 在定义某一基类（或其派生类）时，若将其中的某一个非静态成员函数的属性说明为virtual，则称该函数为虚函数。 虚函数的使用与函数超载密切相关[2]。第一，基类中某函数被说明为虚函数；第二，其派生类中又用到与该函数同一接口，但函数体不同的超载函数。二者齐备，当编译到对此函数的调用时，相当于告诉编译器：“不用绑定与此函数名对应的具体的函数代码段，等到运行时再从具体对象实例中确定它的具体实现。”[3]这种技术即晚期绑定技术，这种技术使得运行期对一个虚函数的调用随着对象实例的变化可以呈现多种结果，即程序呈现运行期的多态性。虚函数是这种运行期多态性得以实现的必要条件，函数超载是多态性的意义所在。 2 利用虚函数实现程序的多态性 有了虚函数的支持就一定能实现动态联编，在程序运行中呈现多态性吗？在程序设计中要采用什么方法才能利用动态联编技术，体现程序的多态性呢？下面分三种情况讨论。 （1）虚函数并不是程序多态的充分条件。下面程序1中类的成员函数虽声明为虚函数，但仍发生了切片问题[3]。 程序1 #includeiostream #includestring using namespace std; class pet {public: string name; virtual void print(); }; class dog:public pet {public: string breed; virtual void print(); }; void main() { pet pet_object; dog dog_object;