多型

在深入本章之前，您應該對指標和類繼承有正確的理解。如果您不太確定以下任何表示式的含義，您應該複習指定的章節。

語句	解釋章節
`int A::b(int c) { }`	類
`a->b`	資料結構
`class A: public B {};`	友元和繼承

指向基類的指標

類繼承的一個關鍵特性是，指向派生類的指標與指向其基類的指標是型別相容的。多型就是利用這個簡單但強大且用途廣泛的特性的藝術。

關於矩形和三角形類的例子可以利用這一特性，使用指標重寫：

// pointers to base class
#include <iostream>
using namespace std;

class Polygon {
  protected:
    int width, height;
  public:
    void set_values (int a, int b)
      { width=a; height=b; }
};

class Rectangle: public Polygon {
  public:
    int area()
      { return width*height; }
};

class Triangle: public Polygon {
  public:
    int area()
      { return width*height/2; }
};

int main () {
  Rectangle rect;
  Triangle trgl;
  Polygon * ppoly1 = &rect;
  Polygon * ppoly2 = &trgl;
  ppoly1->set_values (4,5);
  ppoly2->set_values (4,5);
  cout << rect.area() << '\n';
  cout << trgl.area() << '\n';
  return 0;
}

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函式 main 聲明瞭兩個指向 Polygon 的指標（名為 ppoly1 和 ppoly2）。它們被分別賦予了 rect 和 trgl 的地址，這兩個物件分別是 Rectangle 和 Triangle 型別的。這樣的賦值是有效的，因為 Rectangle 和 Triangle 都是從 Polygon 派生出來的類。

解引用 ppoly1 和 ppoly2（使用 ppoly1-> 和 ppoly2->）是有效的，並允許我們訪問它們所指向物件的成員。例如，在前面的例子中，以下兩個語句是等價的：

1
2

ppoly1->set_values (4,5);
rect.set_values (4,5);

但是，因為 ppoly1 和 ppoly2 的型別都是指向 Polygon 的指標（而不是指向 Rectangle 或指向 Triangle 的指標），所以只能訪問從 Polygon 繼承的成員，而不能訪問派生類 Rectangle 和 Triangle 的成員。這就是為什麼上面的程式直接使用 rect 和 trgl 來訪問兩個物件的 area 成員，而不是透過指標；指向基類的指標無法訪問 area 成員。

如果 area 是 Polygon 的成員而不是其派生類的成員，那麼就可以透過指向 Polygon 的指標來訪問 area 成員。但問題是，Rectangle 和 Triangle 實現了不同版本的 area，因此沒有一個通用的版本可以在基類中實現。

虛成員

虛成員是一個可以在派生類中被重新定義的成員函式，同時透過引用保持其呼叫屬性。將函式變為虛擬函式的語法是在其宣告前加上 virtual 關鍵字。

// virtual members
#include <iostream>
using namespace std;

class Polygon {
  protected:
    int width, height;
  public:
    void set_values (int a, int b)
      { width=a; height=b; }
    virtual int area ()
      { return 0; }
};

class Rectangle: public Polygon {
  public:
    int area ()
      { return width * height; }
};

class Triangle: public Polygon {
  public:
    int area ()
      { return (width * height / 2); }
};

int main () {
  Rectangle rect;
  Triangle trgl;
  Polygon poly;
  Polygon * ppoly1 = &rect;
  Polygon * ppoly2 = &trgl;
  Polygon * ppoly3 = &poly;
  ppoly1->set_values (4,5);
  ppoly2->set_values (4,5);
  ppoly3->set_values (4,5);
  cout << ppoly1->area() << '\n';
  cout << ppoly2->area() << '\n';
  cout << ppoly3->area() << '\n';
  return 0;
}

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0

在這個例子中，所有三個類（Polygon、Rectangle 和 Triangle）都有相同的成員：width、height，以及函式 set_values 和 area。

成員函式 area 在基類中被宣告為 virtual，因為它之後在每個派生類中被重新定義。非虛成員也可以在派生類中被重新定義，但派生類的非虛成員不能透過基類的引用來訪問。也就是說，如果在上面的例子中從 area 的宣告中移除 virtual，那麼所有三次對 area 的呼叫都將返回零，因為在所有情況下，被呼叫的都將是基類的版本。

因此，virtual 關鍵字本質上所做的，是允許派生類中與基類中同名的成員能夠透過指標被正確呼叫，更確切地說，是當指標型別為指向基類的指標，而它正指向派生類的物件時，就像上面的例子一樣。

一個宣告或繼承了虛擬函式的類被稱為多型類。

請注意，儘管 Polygon 的一個成員是虛擬函式，但它仍然是一個常規類，甚至可以例項化一個物件（poly），它有自己對成員 area 的定義，該定義總是返回 0。

抽象基類

抽象基類與前面例子中的 Polygon 類非常相似。它們是隻能用作基類的類，因此允許擁有沒有定義的虛成員函式（稱為純虛擬函式）。其語法是用 =0（一個等號和一個零）來替換其定義。

一個抽象基類 Polygon 可能看起來像這樣：

// abstract class CPolygon
class Polygon {
  protected:
    int width, height;
  public:
    void set_values (int a, int b)
      { width=a; height=b; }
    virtual int area () =0;
};

請注意，area 沒有定義；它被 =0 所取代，這使其成為一個純虛擬函式。包含至少一個純虛擬函式的類被稱為抽象基類。

抽象基類不能用於例項化物件。因此，這個最後的抽象基類版本的 Polygon 不能用於宣告像下面這樣的物件：

`1`	`Polygon mypolygon; // not working if Polygon is abstract base class`

但是一個抽象基類並非完全無用。它可以用來建立指向它的指標，並利用其所有的多型能力。例如，下面的指標宣告是有效的：

1
2

Polygon * ppoly1;
Polygon * ppoly2;

並且當它們指向派生（非抽象）類的物件時，實際上可以被解引用。以下是完整的例子：

// abstract base class
#include <iostream>
using namespace std;

class Polygon {
  protected:
    int width, height;
  public:
    void set_values (int a, int b)
      { width=a; height=b; }
    virtual int area (void) =0;
};

class Rectangle: public Polygon {
  public:
    int area (void)
      { return (width * height); }
};

class Triangle: public Polygon {
  public:
    int area (void)
      { return (width * height / 2); }
};

int main () {
  Rectangle rect;
  Triangle trgl;
  Polygon * ppoly1 = &rect;
  Polygon * ppoly2 = &trgl;
  ppoly1->set_values (4,5);
  ppoly2->set_values (4,5);
  cout << ppoly1->area() << '\n';
  cout << ppoly2->area() << '\n';
  return 0;
}

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在這個例子中，不同但相關的型別的物件都透過一種唯一的指標型別（Polygon*）來引用，並且每次都會呼叫正確的成員函式，僅僅因為它們是虛擬函式。這在某些情況下非常有用。例如，抽象基類 Polygon 的一個成員甚至可以使用特殊指標 this 來訪問正確的虛成員，即使 Polygon 本身沒有實現這個函式。

// pure virtual members can be called
// from the abstract base class
#include <iostream>
using namespace std;

class Polygon {
  protected:
    int width, height;
  public:
    void set_values (int a, int b)
      { width=a; height=b; }
    virtual int area() =0;
    void printarea()
      { cout << this->area() << '\n'; }
};

class Rectangle: public Polygon {
  public:
    int area (void)
      { return (width * height); }
};

class Triangle: public Polygon {
  public:
    int area (void)
      { return (width * height / 2); }
};

int main () {
  Rectangle rect;
  Triangle trgl;
  Polygon * ppoly1 = &rect;
  Polygon * ppoly2 = &trgl;
  ppoly1->set_values (4,5);
  ppoly2->set_values (4,5);
  ppoly1->printarea();
  ppoly2->printarea();
  return 0;
}

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虛成員和抽象類賦予了 C++ 多型特性，這對於面向物件的專案最為有用。當然，上面的例子是非常簡單的用例，但這些特性可以應用於物件陣列或動態分配的物件。

下面是一個結合了最近幾章中一些特性的例子，如動態記憶體、建構函式初始化器和多型：

// dynamic allocation and polymorphism
#include <iostream>
using namespace std;

class Polygon {
  protected:
    int width, height;
  public:
    Polygon (int a, int b) : width(a), height(b) {}
    virtual int area (void) =0;
    void printarea()
      { cout << this->area() << '\n'; }
};

class Rectangle: public Polygon {
  public:
    Rectangle(int a,int b) : Polygon(a,b) {}
    int area()
      { return width*height; }
};

class Triangle: public Polygon {
  public:
    Triangle(int a,int b) : Polygon(a,b) {}
    int area()
      { return width*height/2; }
};

int main () {
  Polygon * ppoly1 = new Rectangle (4,5);
  Polygon * ppoly2 = new Triangle (4,5);
  ppoly1->printarea();
  ppoly2->printarea();
  delete ppoly1;
  delete ppoly2;
  return 0;
}

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請注意，ppoly 指標：

1
2

Polygon * ppoly1 = new Rectangle (4,5);
Polygon * ppoly2 = new Triangle (4,5);

被宣告為“指向 Polygon 的指標”型別，但分配的物件則直接宣告為派生類的型別（Rectangle 和 Triangle）。

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友元和繼承

下一步
型別轉換

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