C++的参数多态性及其应用
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（武昌理工学院信息工程学院，湖北武汉430223）
摘要：c++语言的多态性有：重载多态、强制多态、包含多态和参数多态。本文主要介绍面向对象语言的参数多态性及其类模板、模板类和函数模板的定义及其应用的方法。
关键词：多态性；类属；类模板；模板类；函数模板
中图分类号：TP311文献标识码：A
1 C++语言的多态性综述
多态是指同样的消息被不同类型的对象接受时导致完全不同的行为。所谓消息就是类的成员函数的调用，不同的行为是指不同的实现，也就是调用了不同的函数。在程序设计中多态的例子有许多：例如加号“＋”，可以进行整型数之间的加运算，也可以进行浮点数之间的加运算。同样一个消息，被不同类型的对象接收，将进行不同数据类型的数据运算。如果是整型数与浮点数相加，则要先将整型数转变为浮点数才能再进行相加运算。以上这些就是“＋”运算符典型的多态性。
面向对象语言的多态性可以分为四类：重载多态、强制多态、包含多态和参数多态。而重载多态和强制多态又称为专用多态；包含多态和参数多态又称为通用多态。重载多态是同一个名字多个实现，函数的重载就属于此类。强制多态是通过语义操作把一个变元的类型加以变换，以符合一个函数或操作的要求，例如把整型数转换为浮点数类型就是属于强制多态。包含多态是解决类族中定义于不同类中的同名成员函数的多态行为，主要是通过虚函数来实现。参数多态与类属相关联，类属是一个可以参数化的模板，其中包含的操作所涉及的类型必须用类型参数实例化。由类模板实例化的各个类都具有相同的操作，而操作对象的类型却各不相同。
多态从实现的角度分可以分为两类：编译时的多态和运行时的多态。编译时的多态是在编译的过程中确定了同名操作的具体操作对象，而运行时的多态则是在程序的运行过程中才动态地确定操作所针对的具体对象。这种确定操作的具体对象的过程称为联编，也有称为编联、束定或绑定。联编是指计算机程序自身彼此关联的过程，也就是把一个标识符和一个存储地址联系在一起的过程。用面向对象的术语就是：把一个消息和一个对象的方法相结合的过程。
2 模板的演变
模板是实现多态性的有用方法，此前曾有类属一说。类属首先由 ALGOL68引入，是Ada语言的典型成分。关于Ada的类属，我们现在只考虑它的一个最重要的形式，即类型参数化。它表现为使用一个或多个类型去参数化一个软件元素的能力。类属又可以分为无约束类属和约束类属，其中无约束类属是指对类属参数没有任何特殊的要求，而约束类属则对类属参数有一定的辅助条件。
2.1无约束类属
假定有一个函数，它用于交换两个变量的值，使用非强制语言编写如下函数，该函数采用的是类Ada的语法形式：
procedureswap(x , y)is
t : local ;
begint : =x ; x : = y ; y : = t ;end swap ;
该函数中被交换的元素x 和y的类型及其局部变量t的类型都不需要指定，这很自由，但是如果变量a是整型， b是字符串型，swap(x , y) 显然将引起错误。
为了解决这类问题，像Pascal强类型语言需要程序员明确地定义所有变量和形参的类型，迫使函数调用时进行实参与形参之间的强类型检查，以避免产生类型不兼容的错误。
含有类属机制的语言提供了一种折中的办法：它既不像非强制类型语言那样有太多的自由，也不像Pascal强类型语言那样由太多的约束。一个类属化的swap函数可以用类Ada语言声明为：
generic
typeT is private
procedureswap(x , y , inout T)is
t : T ;
begint : = x ; x : = y ; y : = t ; end swap
语句generic引入一个类型参数T，称为类属参数T，swap函数的两个形参x、y和局部变量t都具有T 的类型，这样，只要类属参数T实例化为某一个具体类型，swap函数都能正确地工作。这里所声明的swap函数并不是一个实际的函数，它只是一个函数的模板，也可以称为类属函数，它代表的是一类函数，实际的函数需要将T实例化后而得到。例如：
procedureint _swap is new swap(integer) ; 或 procedure str_ swap is new swap(strting);
这里的类型integer和string称为类属实参。int_ swap对整数类型进行交换操作，str_swap对字符串类型进行交换操作。这里只需要对函数模板实例化，无需重新定义新的函数体。
这种类属机制就是无约束类属机制。所谓的无约束是指：对于作为类属实参的类型，没有施加任何特殊的条件，可以交换任何类型的变量。
2.2约束类属
约束类属机制就是它的类属实参必须满足一定的条件才有意义，请看下例。
generic
type T is private ;
functionminmum(x , y : T)return T is
begin
ifx
elsereturnyendif;
endminmum
在这个函数中，比较运算符“
C++语言中有类属机制，它被称为模板。模板具有比较强的功能，模板实现了无约束类属机制和约束类属机制。C++模板允许用户构造函数类属和类类属，既是函数模板和类模板。模板、类、对象、函数的关系如图1所示。
图 1模板、类、对象和函数关系示意图
3 C++的函数模板与模板函数
3.1函数模板定义的格式
函数模板数据类型的本身就是一个参数，函数模板的定义格式为：
template < type _name标志符>函数定义
关键字template表示声明一个模板，数据类型参数“标识符”由模板参数给出。例如一个定义为求绝对值函数abs（）的函数模板如下：
template
T abs(T x)
{ if (x
该模板的含义为：无论模板参数T为 int 、float、double 或其它类型， abs()函数就是求实例化了的类型参数的绝对值。在此定义的abs函数代表了一类求绝对值的函数，要用它求一个数据的绝对值操作，必须首先将模板参数T实例化。在此将它称为函数模板，将T实例化的参数称为模板实参。
3.2模板函数
模板实例化的函数称为模板函数。还是以求绝对值函数模板为例来说明；abs()函数模板的定义，函数模板实例化为模板函数及其运行结果如下：