多态性与虚函数

一．实验目的及要求1．进一步熟悉类的设计、运用继承与派生机制设计派生类，合理设置数据成员和成员函数。

2．掌握通过继承、虚函数、基类的指针或引用实现动态多态性的方法。

3．理解并掌握具有纯虚函数的抽象类的作用，在各派生类中重新定义各纯虚函数的方法，以及此时实现的动态多态性。

二．实验内容在自己的文件夹下建立一个名为exp5的工程，在该工程中做如下操作：定义一个抽象类容器类，其中定义了若干纯虚函数，实现求表面积、体积、输出等功能。

由此抽象类派生出正方体、球体和圆柱体等多个派生类，根据需要定义自己的成员变量，在各个派生类中重新定义各纯虚函数，实现各自类中相应功能，各个类成员的初始化均由本类构造函数实现。

（1）在主函数中，定义容器类的指针和各个派生类的对象，使指针指向不同对象处调用相同的函数能执行不同的函数代码，从而实现动态多态性。

（2）定义一个顶层函数void TopPrint(Container &r);使得主函数中调用该函数时，根据实在参数所有的类自动调用对应类的输出函数。

（3）主函数中定义一个Container类对象，观察编译时的错误信息，从而得出什么结论三．实验程序及运行结果#include <iostream>using namespace std;class Base{public:virtual void f(){ cout << "调用Base::f()" << endl; }};class Derived: public Base{public:void f(){ cout << "调用Derived::f()" << endl; } // 虚函数};int main(void){Derived obj; // 定义派生类对象Base *p = &obj; // 基类指针p->f(); // 调用函数f()system("PAUSE");return 0;}2.#include <iostream>using namespace std; //class Base{public:virtual void Show() const{ cout << "调用Base::Show()" << endl; } // 虚函数};class Derived: public Base{public:void Show() const{ cout << "调用Derived::Show()" << endl; }};void Refers(const Base &obj) // 基类引用{obj.Show(); // 调用函数Show()}int main(void){Base obj1;Derived obj2; // 定义对象Refers(obj1); // 调用函数Refers()Refers(obj2);system("PAUSE");return 0;}3.#include <iostream>using namespace std; /class Base{private:int m;public:Base(int a): m(a){ }virtual void Show() const{ cout << m << endl; }// 虚函数};class Derived: public Base{private:int n;public:Derived(int a, int b): Base(a), n(a){ } // 构造函数void Show() const{cout << n << ","; /Base::Show(); // 调用基类的Show() }};int main(void){Base obj1(168);Derived obj2(158, 98);Base *p;p = &obj1;p->Show();p = &obj2;p->Show();p->Base::Show();system("PAUSE");return 0;}4.#include <iostream>using namespace std;class A{public:virtual void Show() const{ cout << "基类A" << endl; } };class B: public A{public:void Show() const{ cout << "派生类B" << endl; } };int main(void){B obj;A *p = &obj;p->Show();system("PAUSE");return 0;}5.#include <iostream>using namespace std;const double PI = 3.1415926;class Shape{public:virtual void Show() const = 0;static double sum;};class Circle: public Shape{private:double radius;public:Circle(double r): radius(r){ sum += PI * radius * radius; }void Show() const{cout << "圆形:" << endl;cout << "半径:" << radius << endl;cout << "面积:" << PI * radius * radius << endl;}};class Rectangle: public Shape{private:double height;double width;public:Rectangle(double h, double w): height(h), width(w){ sum += height * width; }void Show() const{cout << "矩形:" << endl;cout << "高:" << height << endl;cout << "宽:" << width << endl;cout << "面积:" << height * width << endl;}};double Shape::sum = 0;int main(void){char flag = 'Y'; 'Shape *p;while (toupper(flag) == 'Y'){cout << "请选择输入类别(1.圆形2.矩形)";int select;cin >> select;switch (select){case 1:double r;cout << "输入半径:";cin >> r;p = new Circle(r);p->Show();delete p;break;case 2:double h, w;cout << "输入高:";cin >> h;cout << "输入宽:";cin >> w;p = new Rectangle(h, w);p->Show(); // 显示相关信息delete p; // 释放存储空间break;default: // 其它情况, 表示选择有误cout << "选择有误!"<< endl;break;}cout << endl << "是否继续录入信息?(Y/N)";cin >> flag;}cout << "总面积:" << Shape::sum << endl;system("PAUSE");return 0;}6.#include <iostream>using namespace std;const double PI = 3.1415926;const int NUM = 10;class Shape{public:virtual void ShowArea() const = 0;static double sum;};class Circle: public Shape{private:double radius;public:Circle(double r): radius(r){ sum += PI * radius * radius; }void ShowArea() const{ cout << "圆面积:" << PI * radius * radius << endl; }};class Rectangle: public Shape{private:double height;double width;public:Rectangle(double h, double w): height(h), width(w){ sum += height * width; }void ShowArea() const{ cout << "矩形面积:" << height * width << endl; }};class Square: public Shape{private:double length;public:Square(double a): length(a){ sum += length * length; }void ShowArea() const{ cout << "正方形面积:" <<length * length << endl; } };double Shape::sum = 0;int main(void){Shape *shape[NUM];int count = 0;while (count < NUM){cout << "请选择(1.圆形2.矩形3.正方形4.退出):";int select;cin >> select;if (select == 4) break;switch (select){case 1:double r;cout << "输入半径:";cin >> r;shape[count] = new Circle(r);shape[count]->ShowArea();count++;break;case 2:double h, w;cout << "输入高:";cin >> h;cout << "输入宽:";cin >> w;shape[count] = new Rectangle(h, w);shape[count]->ShowArea();count++;break;case 3:double a;cout << "输入边长:";cin >> a;shape[count] = new Square(a);shape[count]->ShowArea();count++;break;default:cout << "选择有误!"<< endl;break;}}cout << "总面积:" << Shape::sum << endl;for (int i = 0; i < count; i++) delete shape[i];system("PAUSE");return 0;}五．实验总结通过本次试验 我更深刻的理解了某些语句如何使用及结构体的优点 也能更加熟练的编写简单的程序了 我深知实践要比书本更加重要 今后还要多练习 在实践中学习。

c++虚函数作用及底层原理C++是一种面向对象的编程语言，并支持多态性的实现。

其中，虚函数是C++中实现多态性的主要机制之一。

虚函数是一种特殊的成员函数，可以在派生类中重写，并通过基类指针或引用的间接方式调用派生类的实现。

虚函数的作用：1. 实现动态绑定：实现多态性的关键是在运行时确定函数的具体实现。

虚函数通过将函数调用的确定延迟到运行时，而不是在编译时确定，从而实现动态绑定。

2. 多态性：允许派生类重写基类的函数，并使用基类指针或引用调用派生类的实现。

这种多态性的实现可以增强代码的灵活性和可重用性。

3. 实现抽象类：虚函数也可以用于实现抽象类，即只声明函数接口而没有实现。

这样，派生类必须实现虚函数才能被实例化。

虚函数的底层原理：虚函数的实现需要两个关键组件：虚函数表（vtable）和虚函数指针（vptr）。

1. 虚函数表：每个包含虚函数的类都有一个虚函数表，其中包含了类中所有虚函数的地址。

虚函数表是一个静态数据结构，只有一个虚函数表，且在编译时生成。

2. 虚函数指针：每个包含虚函数的类的对象都有一个虚函数指针，指向其所属类的虚函数表。

虚函数指针是一个指向虚函数表的指针，指针的值在程序运行时动态确定。

当调用虚函数时，程序首先通过对象的虚函数指针找到其所属类的虚函数表，然后查找相应的虚函数地址，最终调用正确的虚函数实现。

这样，虚函数的实现在运行时动态确定，实现了动态绑定和多态性。

总之，虚函数是C++中实现多态性的主要机制之一，通过虚函数表和虚函数指针的使用，实现了动态绑定和多态性的实现。

虚函数的应用可以增强代码的灵活性和可重用性。

多态性与虚函数1．概念填空题1.1 C++支持两种多态性,分别是编译时和运行时。

1.2在编译时就确定的函数调用称为静态联编，它通过使用函数重载，模板等实现。

1.3在运行时才确定的函数调用称为动态联编，它通过虚函数来实现。

1.4虚函数的声明方法是在函数原型前加上关键字virtual。

在基类中含有虚函数，在派生类中的函数没有显式写出virtual关键字，系统依据以下规则判断派生类的这个函数是否是虚函数：该函数是否和基类的虚函数同名；是否与基类的虚函数参数个数相同、类型；是否与基类的虚函数相同返回类型。

如果满足上述3个条件，派生类的函数就是虚函数。

并且该函数覆盖基类的虚函数。

1.5 纯虚函数是一种特别的虚函数，它没有函数的函数体部分，也没有为函数的功能提供实现的代码，它的实现版本必须由派生类给出，因此纯虚函数不能是友元函数。

拥有纯虚函数的类就是抽象类类，这种类不能实例化。

如果纯虚函数没有被重载，则派生类将继承此纯虚函数，即该派生类也是抽象。

3．选择题3.1在C++中,要实现动态联编,必须使用(D)调用虚函数。

A.类名B.派生类指针C.对象名D.基类指针3.2下列函数中,不能说明为虚函数的是(C)。

A.私有成员函数B.公有成员函数C.构造函数D.析构函数3.3在派生类中,重载一个虚函数时,要求函数名、参数的个数、参数的类型、参数的顺序和函数的返回值(A)。

A.相同B.不同C.相容D.部分相同3.4当一个类的某个函数被说明为virtual时，该函数在该类的所有派生类中（A）。

A．都是虚函数B．只有被重新说明时才是虚函数C．只有被重新说明为virtual时才是虚函数D．都不是虚函数3.5（C）是一个在基类中说明的虚函数，它在该基类中没有定义，但要求任何派生类都必须定义自己的版本。

A．虚析构函数B．虚构造函数C．纯虚函数D．静态成员函数3.6 以下基类中的成员函数，哪个表示纯虚函数（C）。

A．virtual void vf(int)；B．void vf(int)=0；C．virtual void vf( )=0；D．virtual void vf(int){ }3.7下列描述中，（D）是抽象类的特性。

多态性与虚函数实验报告实验目的：通过实验掌握多态性和虚函数的概念及使用方法，理解多态性实现原理和虚函数的应用场景。

实验原理：1.多态性：多态性是指在面向对象编程中，同一种行为或者方法可以具有多种不同形态的能力。

它是面向对象编程的核心特性之一，能够提供更加灵活和可扩展的代码结构。

多态性主要通过继承和接口来实现。

继承是指子类可以重写父类的方法，实现自己的特定行为；接口是一种约束，定义了类应该实现的方法和属性。

2.虚函数：虚函数是在基类中声明的函数，它可以在派生类中被重新定义，以实现多态性。

在类的成员函数前面加上virtual关键字，就可以将它定义为虚函数。

当使用基类指针或引用调用虚函数时，实际调用的是派生类的重写函数。

实验步骤：1. 创建一个基类Shape，包含两个成员变量color和area，并声明一个虚函数printArea(用于打印面积。

2. 创建三个派生类Circle、Rectangle和Triangle，分别继承Shape类，并重写printArea(函数。

3. 在主函数中，通过基类指针分别指向派生类的对象，并调用printArea(函数，观察多态性的效果。

实验结果与分析：在实验中，通过创建Shape类和派生类Circle、Rectangle和Triangle，可以实现对不同形状图形面积的计算和打印。

当使用基类指针调用printArea(函数时，实际调用的是派生类的重写函数，而不是基类的函数。

这就是多态性的实现，通过基类指针或引用，能够调用不同对象的同名函数，实现了对不同对象的统一操作。

通过实验1.提高代码的可扩展性和灵活性：通过多态性，可以将一类具有相似功能的对象统一管理，节省了代码的重复编写和修改成本，增强了代码的可扩展性和灵活性。

2.简化代码结构：通过虚函数，可以将各个派生类的不同行为统一命名为同一个函数，简化了代码结构，提高了代码的可读性和维护性。

3.支持动态绑定：通过运行时的动态绑定，可以根据对象的实际类型来确定调用的函数，实现了动态绑定和多态性。