第3章感受（一）——3.10. Hello object 多态版

红太狼 2022-08-23 14:47 11阅读 0赞

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白话C++

3.10. Hello object 多态版

公元前209年，7月。秦朝著名的两位民工，陈胜、吴广说了一句话：“将相王候，宁有种乎？”。他们在表达一种不满：难道那些有钱人或当官人，天生就和我们有不同人种吗？

我们的例子程序似乎也有这个问题。

Person xiaoA; 
    Beauty jiaLing;

xiaoA天生就是普通人类，而jiaLing天生就是美人胚子。她们的“类型”不一样。

通常我们提出一个问题，就代表一个新需求出现了，然后我们就解决它。不过有关“权贵、财富、美貌、人种”的问题实在太复杂了，因此今天的代码仅仅对现状做一个小小改进。

C++规定，一个基类的“堆变量”，允许被实例为一个派生类的“对象”。比如：

Person *someone;

表面上看，someone是一个普通人类（Person）。不过，C++规定它可以被创建成一个派生类（Beauty）的对象。

Person *someone; someone = new Beauty; //“new出来”的是“Beauty”

第一行，我们定义一个堆对象。不过具体它将是Person，还是Beauty，此时未确定，直到第二行，才通过new，创建了一个Beauty对象。

基类的对象变量，可以创建实际上是派生类的对象，这可是一项新鲜技术。我们快来试试。

请新建一个控制台应用。main.cpp代码内容来自前一样例，包括记得修改其编码为系统默认；然后将main函数内容修改如下：

int main() { 036 Person *xiaoA = new Beauty; 037 xiaoA->name = "Xiao A"; 039 xiaoA->Introduction(); 040 delete xiaoA; //------------------------------------------------ 042 Beauty* zhiLing = new Beauty; zhiLing->name = "志玲"; zhiLing->Introduction(); delete zhiLing; return 0; }

以前，xiaoA一直是一个“栈对象”，但现在，036行中xiaoA被定义成一个Person类型的堆对象，但随后（就在同一行），它就被实际创建成Beauty类型对象。

042行开始完整地重复了之前有关zhiLing对象的创建，使用与释放的代码，作为对比，zhiLing在定义时，就是一个Beauty类型。

037行和039行中，“.”变成“->”；040行则用于删除xiaoA——这一切变化，都缘于xiaoA现在是一个堆对象了。

“最重要的是”，xiaoA含着眼泪对苍天呼喊：“我也是美女了！”。还是编译、并运行程序之后再说吧——苍天啊，你看到了什么？这一切又是为什么？

![图26][26]

（图 26 xiaoA是美女，但是她的问候方式还是……）

小A在“析构函数”中，也就临死前的“呜~呜~”两声，倒也情真意切，因为她心有不甘啊！同样是美人，怎么差别就这么大呢？

3.10.1. 虚函数

xiaoA和zhiLing的本质区别在于： zhiLing是名实一致，而xiaoA却名实不一：

036 Person \*xiaoA = new Beauty;

042 Beauty\* zhiLing = new Beauty;

当然，这里的“名”并不是指“名字”，名字和一个人是不是美人无关，这一点我们很早就清楚。这里的“名”指的是一个对象定义时的“类型”。

虽然，xiaoA实质上创建成一个Beauty对象，但它在定义时指定的类型是Person。所以在这一行的程序：

039 xiaoA->Introduction();

xiaoA仍然被当成Person——苍天啊，原来在c++的世界里，也讲究“出身”论，虽然xiaoA明明长成了一个Beauty，可是C++没有忘记它的出生是一个普通的Person——于是它的自我介绍，也就仍然是普通人的方式了。

“出身决定一切”，或许在某些情况下有其用途，但在当前情况下，这显然不是我们所愿意接受的情况，还好C++为我们提供了解决方法。很简单，只要为基类Person的Introduction函数增加一个修饰词：**virtual**。

有virtual这个关键词修改的成员函数，被称为“虚函数”。

C++规定：当一个基类中的某一个函数是虚函数，那么在其派生类（以及派生类的派生类……）中，如果有存在相同的函数，那么这些函数就算不加virtual修饰，也是虚函数。

这里的相同函数是指：函数名相同，并且函数参数列表相同（次序和类型相同），并且返回值也相同，或者是原返回类型的派生类。

结合本例，如果我们让Person（基类）的中的Introduction是虚函数，那么Beauty（派生类）中的Introduction也就成为虚函数，并且假设今后Beauty也有自己的派生类，那么这条规定同样有效。

C++规定：如果一个函数是虚函数，那么在调用该函数时，程序将确保使用该对象的实际创建的对象类型所拥有的那个函数。

说起来似乎复杂，但实际做起来很容易：

struct Person { //此处略去构造函数与析构函数 018 virtual void Introduction() { cout << "Hi, my name is " << name << "." << endl; } //…… };

全部的变化就是在018行添加virtual这个关键字。请记住它加的位置：在函数返回类型void之前。

现在编译并运行程序，xiaoA就可以按照美人的方式来自我介绍了。不过出于个人的C++编程风格， 我建议大家Beauty的Introduction前面也加上virtual。

![hint][]〖小提示〗：派生类中的函数加不加virtual ？

C++ 程序的代码风格可以分成两派：一派是一个多余的字母都不写。另一派是愿意写一些多余的字词——如果这些字词有助于代码阅读理解的话。由于一个函数在基类中 加了virtual的话，在派生类中该函数就自然也是虚函数了，所以这时在派生类中针对该函数再写“virtual”，至少在语法上显得多余。

本书作者属于第二派，我向大家推荐我的风格：在派生类中，以至在派生类的派生类中，都明确地加上virtual来向代码阅读者表明一个事实：这个函数是虚拟的，请注意。

3.10.2. 虚“析构函数”

析构函数也是成员函数，因此虚函数的规则对它也起作用。不过析构函数和普通成员函数相比，有以下特殊之处：

第一、 派生类的析构函数名字肯定和基类叫法不一样，但这不影响虚函数的规则对它起作用。

第二、 析构函数的特别之处是它是对象在死亡之前必定要做的一件事。通常复杂的对象会在析构函数内释放额外占用的内存等资源。

第三、 派生类的调用完自己的析构函数之后，会自动调用基类的析构函数。其目的是为了确保基类的资源也能自动释放。

在我们的例子中，美人的死和普通的人死没有什么区别，干脆，我们给美人类专门设计一个死亡告别方式——我们准备为美人类提供自定义的析构函数。

struct Beauty : public Person { ~Beauty() { cout << "wu~wu~人生似蚍蜉、似朝露；似秋天的草，似夏日的花……" << endl; } //此处略去美人类的Introduction()函数 };

按Ctrl + F9编译当前程序，我们会看Code::Blocks消息栏出现几条编译警告：

warning: \`struct Person' has virtual functions but non-virtual destructor

意思是，Person类型拥有虚函数(Introduction)，但它的析构函数却不是虚的。这是一个警告，暂时我们不理会它，运行该程序，观察xiaoA在被释放时，屏幕将输出什么内容？

没错，Person的析构函数现在不是虚的，所以对于xiaoA这样定义为Person但实例化为Beauty的对象，则在释放它时：

040 delete xiaoA;

该行的屏幕输出，将仍然只有基类的：“Wu~Wu~”。

![import][]〖重要〗：警告消息同样重要！

编译时出现warning类型的消息，通常表示程序仍然能完成编译，但是程序运行结果可能会有问题，比如本例中，程序虽然正常运行，但结果却不是我们想要的逻辑。

事实上，忽略warning是一个极其危险的行为，许许多的警告，往往都暗含着由于我们的一些不可忽略的疏忽，比如：本该是virtual的析构函数，却忘了加virtual修饰。

接下来，就让我们把基类Person的析构函数也修饰成为虚函数，同样地，出于一致编程风格，我们在~Beauty之前也加上virtual关键字。再次编译，运行。用了“virtual”，结果正确了，警告消息也没了……

3.10.3. 应用

“ 这个函数是虚拟的，请注意”——现在你一定能理解这句话的含意，因为我们已经尝试过两次了，事实证明一个函数“非虚拟”，或者是“虚拟”的，其间的差别真 的很大：如果不是虚拟的，那么出身决定一切；如果是，那么还可以后天努力。下面我们做一个有关virtual函数的实际应用。

在前面代码的基础上，我们继续修改main函数，目的是交互，让用户来决定一个人是不是美人。

这个例子不仅用到对象和虚函数，而且还将用上“条件分支/if”和“循环流程/while”等等我们已经接触过的内容。新内容则包括：在讲到while时，本例使用了break来打破死循环，以及使用continue用于直接进入下次循环。

除了getline可以读取一行字符串以外，我们还将在本例中学习到另一个读取输入的方法：流输入操作符/>> 。另外本例还将涉及cin.sync() 函数的使用。

int main() { 041 while(true) 042 { 043 Person *someone; 045 cout << "请选择(1/2/3)：" << endl << "1----普通人" << endl << "2----美人" << endl 048 << "3----退出" << endl; 050 int sel = 0; 051 cin >> sel; 053 if (cin.fail ()) 054 { 055 cin.clear(); 056 } 058 cin.sync(); 060 if (3 == sel) 061 { 062 break; 063 } 065 if (1 == sel) 066 { 067 someone = new Person; 068 } 069 else if (2 == sel) 070 { 071 someone = new Beauty; 072 } 073 else //用户输入的，即不是１，也不是２，也不是３... 074 { 075 cout << "输入有误吧？请重新选择。" << endl; 076 continue; 077 } cout << "请输入姓名："; 082 string name; 083 getline(cin, name); 084 someone->name = name; cout << name << "的自我介绍：" << endl; 087 someone->Introduction(); 089 delete someone; 090 } 092 return 0; }

041行，我们再次看到while(true)，这似乎又是一个死循环，因此Ctrl + C 对这个程序也有效。

043行，我们定义一个“Person”类别的堆变量：someone。这是一个关键，随后我们将根据用户的选择，来决定someone是普通人对象，还是美人对象。

045~048， 我们通过cout在屏幕上打印出一些提示信息，否则用户不知道输入什么。后面的代码的几处cout与此相似。唯一需要特别说明的，或许是这4行代码，实际 上只对应了一行C++语句。我们只使用了一个cout，并且也只有048行的行末有分号。我们故意折成几行，仅仅是为了让代码更美观，实际上这四行写成长 长的一行。

通过屏幕提示，用户现在知道可以输入1、2、3这三个数字来做出相应选择。050行我们定义了一个整数类型(int)变量sel，并初始化为０。然后紧接着下一行：

051 cin >> sel;

cin代表标准输入设备，也就是控制台。这些行代表示程序将停下来，等待用户从控制台通过键盘输入一个整数，程序将读入这个整数，并且保存到sel变量中。

在 此情况下，如果用户输入的不是数字，比如用户随便输入一个字符串：“abcd”，并按下回车，那么程序同样会结束等待（因为用户已经完成输入），但由于 “abcd”不是一个合法的整数，所以程序将出错。这种情况下，如果调用cin的成员函数fail ()这，将会返回“真”，表示cin现在处于“fail/失败”状态。

当cin处于“fail”状态时，所有对其的后续操作都会继续失败，除非程序调用它的clear()成员函数来清除“fail”状态。因此，053行~057行，是一个简单的判断，如果发现出错了，就清除cin的出错标志：

053 if (cin.fail ()) 054 { 055 cin.clear(); 056 }

058 行调用了cin.sync()，用以清除所有未读取的内容。假设用户输入的是1，那么通常用户需要按一个回车键以表示输入完成。此时，cin >> sel这一行读入了1，但回车键就会留在cin的缓冲区中。如果用户是随便地输入“abcd”，由于它们不是整数，cin没办法正确读入，这时候 “abcd”加上回车符全部滞留在cin的缓冲区中。如此，当后面我们要读取“姓名”时，这些滞留内容就会被读入，这显然不是我们的目的，所以此时调用 sync()非常必要。

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060行判断用户输入是不是整数3，如果是，表明用户要退出本程序。063行的break关键字用于完成此任务。break可以让程序跳出当前所处的循环，在本例子，程序跳出while循环之后，就落在main函数的最后一行(092行)。

065~077 行先判断sel值是不是1？是则实际创建一个Person对象；否则，继续判断sel值是不是2？是则实际创建一个Beauty对象；如果再不是，说明用 户输入的内容非法，程序将在屏幕上输出出错提示，并且通过conitnue关键字，直接继续下一次循环，即程序将要求用户重新输入。

082行定义了一个变量name，081行通过getline读入用户输入的姓名。之所以我们还是采用getline来读取用户输入，而不是这样：

cin >> name;

原因在于，>> 在读到空格时，就会认为本次读取完成。如此，当用户输入 “JingJing Guo”时，就会仅仅将“JingJing”读入，而漏掉空格之后的姓氏。

084行代码，将临时变量name的值，赋给当前someone->name。087行代码调用someone->Introduction()，完成自我介绍。

089行通过delete someone;“杀死”新创建出来的这个“人”。由于代码处于while循环中，因此程序将重复前述过程。注意，此时的delete操作显得非常重要，否则每次new出来的内存，都不会得到释放。

为了便于理解，我们给出一个完整的运行结果图，并加以注释。

![tu27][]

(图 27 完整的多态版Hello OO运行结果)

3.10.4. 多态VS.非多态

如果您已经搞定前例的９０多行代码，现在请考虑，假设该例子中不允许采用virtual函数，那么实现相同功能的代码，应该如何写？请大家动手实现，并思考C++的“多态”特性，在本例中带来哪些方便。

![caution][]〖危险〗： 看懂代码 != 真懂代码

很多新学习者懒得动写代码——这差不多注定了他们不可能成为合格的程序员。又有些学习者对采用旧技术没有兴趣，他们说：“我都已经学会‘多态’了，何苦再用‘非多态’的方法写一遍呢？那多浪费时间啊”——这差不多注定了他们将成为对新知识一知半解的，半桶水程序员。

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白话C++

[Link 1]: http://blog.csdn.net/nanyu/archive/2008/10/03/3014022.aspx
[26]: http://www.d2school.com/bhcpp_book/images/3_10/tu26.JPG
[hint]: http://www.d2school.com/bhcpp_book/images/common/hint_icon.PNG
[import]: http://www.d2school.com/bhcpp_book/images/common/important.png
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[caution]: http://www.d2school.com/bhcpp_book/images/common/caution.png