面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計中多態(tài)性探討

劉變蓮

摘要：該文主要討論面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計中的多態(tài)問題，其中包括：靜態(tài)和動態(tài)多態(tài)兩種。用例子解釋說明其中抽象的概念。

關(guān)鍵詞：多態(tài)；動態(tài)；靜態(tài)；繼承；封裝

中圖分類號：TP311

文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2017）10-0060-02

1.面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的基本特性：封裝、繼承、多態(tài)

類是封裝的基本單位，使得創(chuàng)建類和使用類完全分開，保護類中數(shù)據(jù)的安全，同時又可以方便地使用別人創(chuàng)建的類。正如手機大家都會使用，就是建立在手機的制造者使用封裝機制，才使得大家都會用手機而不用關(guān)心手機的內(nèi)部工作細節(jié)一樣；建立新類可以用繼承機制，從而有效利用已有類的代碼，提高開發(fā)效率。正如汽車的設(shè)計也利用繼承已有的汽車設(shè)計方案一樣，而不是搬倒重來，這樣太不合算了。多態(tài)性可以解決有層次關(guān)系的類之間繼承并擴展的問題，可以在一定程度上忽略類之間的區(qū)別，而以統(tǒng)一的方式使用它們的對象，從而在繼承的基礎(chǔ)上得以很好的擴展。同時也可以解決建立新類時，已有運算符使用問題，從而使原有運算符號適合新創(chuàng)建的類（新的數(shù)據(jù)類型）。下面重點討論多態(tài)。多態(tài)分成兩種：靜態(tài)多態(tài)和動態(tài)多態(tài)。

2.靜態(tài)多態(tài)

平時在學習時語法很好理解，但是難點在于實際編程時的靈活使用。

靜態(tài)多態(tài)也叫編譯時多態(tài)，也叫早綁定。即，函數(shù)名和函數(shù)代碼的對應(yīng)問題在編譯階段就可以確定，函數(shù)重載和運算符重載都屬于靜態(tài)綁定的情況。

2.1函數(shù)重載

函數(shù)重載是指一個函數(shù)名對應(yīng)多份函數(shù)定義代碼。這樣就可以選擇其一來執(zhí)行。選擇的依據(jù)是：參數(shù)個數(shù)或參數(shù)類型的不同，根據(jù)實參和形參匹配的情況決定。下面舉例說明。

這個例子中的addo函數(shù)就是靜態(tài)多態(tài)的實例。在編譯階段編譯器是通過參數(shù)的不同選擇不同的重載版本，從而就可以確定addO函數(shù)名是調(diào)用（對應(yīng)）哪一個版本的代碼，稱這種情況是早綁定，也就是在編譯階段函數(shù)名和函數(shù)代碼完成了綁定。

下面再舉一個復數(shù)的例子，了解運算符重載的情況。

2.2運算符重載

每一種計算機編程語言都包含了許多運算操作符號。但是這些運算符只適用于基本類型的數(shù)據(jù)。新定義的類，屬于新數(shù)據(jù)類型，也可以同基本數(shù)據(jù)類型一樣完成加、減、乘、除等常見的運算。條件是在新定義類的內(nèi)部添加運算符重載函數(shù)。其中的運算符重載函數(shù)有兩種形式：類的成員函數(shù)和類的友元函數(shù)。

一個新定義的復數(shù)類，也可以完成兩個復數(shù)的加法和減法，同時復數(shù)對象也可以整體輸入和輸出。

只要在定義復數(shù)類時，在其中增加運算符重載函數(shù)即可。

下面的程序功能是：定義復數(shù)類，其中有加法和減法的2

3.動態(tài)多態(tài)一虛函數(shù)

上面說明了靜態(tài)多態(tài)的情況，下面說明動態(tài)多態(tài)。

動態(tài)多態(tài)是指程序運行時，根據(jù)指針指向?qū)ο蟮牟煌?，從而調(diào)用不同層次（有繼承關(guān)系）對象的同名函數(shù)。保證基類和派生類之間同名函數(shù)用統(tǒng)一的調(diào)用形式訪問，從而方便擴展。C++語言是用虛函數(shù)實現(xiàn)動態(tài)多態(tài)的。

虛函數(shù)是實現(xiàn)動態(tài)多態(tài)的基礎(chǔ)，原因是只要函數(shù)被聲明為虛函數(shù)了，編譯器就會形成類對應(yīng)的虛函數(shù)表。其中的虛函數(shù)表中存儲了每一個類中虛函數(shù)的地址，同時，包含虛函數(shù)的類對象內(nèi)存中也存儲了指向虛函數(shù)表的指針，從而在程序運行時，可以正確找到相應(yīng)虛函數(shù)的地址，以便正確調(diào)用它。但是要求用基類指針或基類引用指向基類對象或派生類對象，同時要保證基類中的虛函數(shù)和派生類的虛函數(shù)，函數(shù)原型必須一致才行。下面舉例說明。

這些是使用虛函數(shù)的條件。即定義基類指針變量，它可以指向派生類對象，也可以指向基類對象，同時，基類的虛函數(shù)和派生類的虛函數(shù)必須保持原型一致，這樣才能保證在編譯時，編譯器為包含虛函數(shù)的類生成虛函數(shù)表，從而才能保證程序運行時，指針指向不同對象來調(diào)用不同類對象中的虛函數(shù)。如下是該程序的相應(yīng)虛函數(shù)表及對象的內(nèi)存結(jié)構(gòu)圖。

編譯程序時，編譯器為虛函數(shù)的調(diào)用建立了虛函數(shù)表，及對象的內(nèi)存中存儲了指向虛函數(shù)表的指針，才能為后期程序運行時順利找到對應(yīng)虛函數(shù)做了前期準備，才能完成動態(tài)多態(tài)。

綜上所述，面向?qū)ο缶幊痰娜筇匦允牵悍庋b、繼承和多態(tài)。封裝能保證數(shù)據(jù)的安全，同時使創(chuàng)建類和使用類分離。繼承是復用類代碼，同時多態(tài)使復用基類代碼的同時可以改造基類的代碼，并且還可以保持基類和派生類對象使用接口的一致性，為擴展提供了方便。