PKU C++程式設計實習 學習筆記3 多態與虛函數

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第六章 多態與虛函數

6.1 多態和虛函數的基本概念引言

多態是物件導向程式設計裡面非常重要的這個機制。它能很有效提高程式的可擴充性。

有些程式設計語言有被對象繼承的概念，但是沒有多態的概念，那這樣的程式設計語言只能被稱作基於對象的程式設計語言，而不能稱為物件導向的語言， 比方說visual basic。

虛函數

在類的定義中，前面有 virtual 關鍵字的成員函數就是虛函數。

class base {  <span style="color:#ff0000;">virtual</span> int get() ;};int base::get(){ }

virtual 關鍵字只用在類定義裡的函式宣告中，寫函數體時不用。

建構函式和靜態成員函數不能是虛函數。

虛函數跟普通函數的本質差別實際上就在於虛函數可以參與多態， 而普通的成員函數不能。

多態有兩種表現形式

多態的表現形式一，基類指標衍生類別的指標可以賦給基類指標。（賦值相容規則）

通過基類指標調用基類和衍生類別中的同名虛函數時:
（1）若該指標指向一個基類的對象，那麼被調用是基類的虛函數；
（2）若該指標指向一個衍生類別的對象，那麼被調用的是衍生類別的虛函數。 

這種機制就叫做“多態”。

樣本

class CBase {  public:    virtual void SomeVirtualFunction() { }};class CDerived:public CBase {  public :    virtual void SomeVirtualFunction() { }};int main() {  CDerived ODerived;  CBase * p = & ODerived;  p -> SomeVirtualFunction(); //調用哪個虛函數取決於<span style="color:#ff0000;">p指向哪種類型的對象，而不是p的指標類型</span>  return 0;}

在編譯的時候是沒有辦法確定這條語句調用哪一個類的SomeVirtualFunction的。

多態的表現形式二，基類引用

衍生類別的對象可以賦給基類引用

通過基類引用調用基類和衍生類別中的同名虛函數時:
（1）若該引用引用的是一個基類的對象，那麼被調用是基類的虛函數；
（2）若該引用引用的是一個衍生類別的對象，那麼被調用的是衍生類別的虛函數。 

這種機制也叫做“多態”。

樣本

class CBase {  public:    virtual void SomeVirtualFunction() { }};class CDerived:public CBase {  public :    virtual void SomeVirtualFunction() { }};int main() {  CDerived ODerived;  CBase & r = ODerived;  r.SomeVirtualFunction(); //調用哪個虛函數取決於<span style="color:#ff0000;">r引用哪種類型的對象，而不是r的參考型別</span>  return 0;} 

多態的簡單樣本

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

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()被調用，輸出：A::Print  pa = pb;  pa -> Print(); //b.Print()被調用，輸出：B::Print  pa = pd;  pa -> Print(); //d. Print ()被調用,輸出：D::Print  pa = pe;  pa -> Print(); //e.Print () 被調用,輸出：E::Print  return 0;}

多態的作用在物件導向的程式設計中使用多態，能夠增強程式的可擴充性，即程式需要修改或增加功能的時候，需要改動和增加的代碼較少。

6.2 使用多態的遊戲程式執行個體遊戲《魔法門之英雄無敵》

遊戲中有很多種怪物，每種怪物都有一個類與之對應，每個怪物就是一個對象。類：CDragon，類：CSoldier，類CPhonex ，類：CAngel
怪物能夠互相攻擊，攻擊敵人和被攻擊時都有相應的動作，動作是通過對象的成員函數實現的。
遊戲版本升級時，要增加新的怪物－－雷鳥。如何編程才能使升級時的代碼改動和增加量較小？新增類：CThunderBird

基本思路：

為每個怪物類編寫 Attack、FightBack和 Hurted成員函數。

• Attact函數表現攻擊動作，攻擊某個怪物，並調用被攻擊怪物的Hurted函數，以減少被攻擊怪物的生命值，同時也調用被攻擊怪物的 FightBack成員函數，遭受被攻擊怪物反擊。
• Hurted函數減少自身生命值，並表現受傷動作。
• FightBack成員函數表現反擊動作，並調用被反擊對象的Hurted成員函數，使被反擊對象受傷。
  

設定基類 CCreature，並且使CDragon, CWolf等其他類都從CCreature派生而來。
非多態的實現方法

class class CCreature {  protected:     int nPower ; //代表攻擊力    int nLifeValue ; //代表生命值};class CDragon:public CCreature {  public:    void Attack(CWolf * pWolf) {      ．．．表現攻擊動作的代碼      pWolf->Hurted( nPower);      pWolf->FightBack( this);    }    void Attack( CGhost * pGhost) {      ．．．表現攻擊動作的代碼      pGhost->Hurted( nPower);      pGohst->FightBack( this);    }    void Hurted ( int nPower) {      ．．．．表現受傷動作的代碼      nLifeValue -= nPower;    }    void FightBack( CWolf * pWolf) {      ．．．．表現反擊動作的代碼      pWolf ->Hurted( nPower / 2);    }    void FightBack( CGhost * pGhost) {      ．．．．表現反擊動作的代碼    pGhost->Hurted( nPower / 2 );  }}

有n種怪物，CDragon 類中就會有n個 Attack 成員函數，以及 n個FightBack 成員函數。對於其他類也如此。

非多態的實現方法的缺點如果遊戲版本升級，增加了新的怪物雷鳥 CThunderBird，則程式改動較大。所有的類都需要增加兩個成員函數:void Attack( CThunderBird * pThunderBird) ; void FightBack( CThunderBird * pThunderBird) ;在怪物種類多的時候，工作量較大有木有！！！

多態的實現方法

//基類 CCreature：class CCreature {  protected :    int m_nLifeValue, m_nPower;  public:    virtual void Attack( CCreature * pCreature) {}    virtual void Hurted( int nPower) { }    virtual void FightBack( CCreature * pCreature) { }};

基類只有一個 Attack 成員函數；也只有一個 FightBack成員函數；所有CCreature 的衍生類別也是這樣。

//衍生類別 CDragon:class CDragon : public CCreature {  public:    virtual void Attack( CCreature * pCreature);    virtual void Hurted( int nPower);    virtual void FightBack( CCreature * pCreature);};void CDragon::Attack(CCreature * p){  …表現攻擊動作的代碼   p->Hurted(m_nPower); //多態  p->FightBack(this); //多態}void CDragon::Hurted( int nPower){  …表現受傷動作的代碼  m_nLifeValue-= nPower;}void CDragon::FightBack(CCreature * p){  …表現反擊動作的代碼   p->Hurted(m_nPower/2); //多態} 

多態實現方法的優勢如果遊戲版本升級，增加了新的怪物雷鳥 CThunderBird……只需要編寫新類CThunderBird, 不需要在已有的類裡專門為新怪物增加：
void Attack( CThunderBird * pThunderBird) ;
void FightBack( CThunderBird * pThunderBird) ;
成員函數，已有的類可以原封不動，沒壓力啊！！！

原理

CDragon Dragon; CWolf Wolf; CGhost Ghost;CThunderBird Bird；Dragon.Attack( & Wolf); //(1)Dragon.Attack( & Ghost); //(2)Dragon.Attack( & Bird); //(3) 

根據多態的規則，上面的(1)，(2)，(3)進入到CDragon::Attack函數後，能分別調用：
CWolf::Hurted
CGhost::Hurted
CBird::Hurted

void CDragon::Attack(<span style="color:#3333ff;">CCreature * p</span>){  p->Hurted(m_nPower); //多態  p->FightBack(this); //多態} 

6.3 更多多態程式執行個體幾何形體處理常式幾何形體處理常式: 輸入若干個幾何形體的參數，要求按面積排序輸出。輸出時要指明形狀。
Input:
第一行是幾何形體數目n（不超過100).下面有n行，每行以一個字母c開頭.
若 c 是 ‘R’，則代表一個矩形，本行後面跟著兩個整數，分別是矩形的寬和高；
若 c 是 ‘C’，則代表一個圓，本行後面跟著一個整數代表其半徑；
若 c 是 ‘T’，則代表一個三角形，本行後面跟著三個整數，代表三條邊的長度。
Output:
按面積從小到大依次輸出每個幾何形體的種類及面積。每行一個幾何形體，輸出格式為：
形體名稱：面積

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