一、 实验目的和要求
（1）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）掌握双目运算符、单目运算符的重载方法，对常用算术运算符能在自定义类中通过友元函数、成员函数进行重载，以实现静态多态性。
（3）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。
（4）理解并掌握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、实验环境(实验设备)
硬件: 微型计算机
软件: Windows 操作系统、Microsoft Visual Studio 2010
三、实验原理及内容
实验题目1：定义点类Point，有两个double 类型的数据成员x 和y，分别表示横坐标和纵坐标，要求完成如下内容。
（1）定义坐标默认值为原点(0.0,0.0)的构造函数。
（2）以成员函数形式重载：前置“++”运算符和双目运算符“?”。
（3）用友元函数形式重载：双目运算符“+”（两种版本，详见实验指导部分）、插入运算符。
（4）先根据main()主函数代码和运行结果，补充类的定义和相关函数的定义，写出完整程序。
（5）程序正确后，删除main()函数体，根据运行结果，自己重新完成main()函数。
main()主函数代码如下。（中文五号宋体，英文五号Consolas字体，单倍行距)
int main()
{
Point pt1(10.5,20.8),pt2(-5.3,18.4),pt3;
cout<<"original pt1,pt2,pt3 are:\n";
cout<<pt1<<pt2<<pt3;
pt3=pt1+100.8;
cout<<"after pt3=pt1+100.8, pt3 is:"<<pt3;
pt3=pt1+pt2;
cout<<"after pt3=pt1+pt2, pt3 is:"<<pt3;
pt3=++pt1;
++pt2;
cout<<"after ++ pt1,pt2,pt3 are:\n";
cout<<pt1<<pt2<<pt3;
pt3=pt1-pt2;
cout<<"after pt3=pt1-pt2, pt3 is:"<<pt3;
return 0 ;
}
程序运行结果如下。
original pt1,pt2,pt3 are:
(10.5,20.8)
(-5.3,18.4)
(0,0)
after pt3=pt1+100.8, pt3 is:(111.3,121.6)
after pt3=pt1+pt2, pt3 is:(5.2,39.2)
after ++ pt1,pt2,pt3 are:
(11.5,21.8)
(-4.3,19.4)
(11.5,21.8)
after pt3=pt1-pt2, pt3 is:(15.8,2.4)
实验解答：
(1) 类Point的构造函数：
Point(double x = 0.0, double y = 0.0)
{
this->x = x;
this->y = y;
}
(2) 用成员函数重载：前置“++”运算符和双目运算符“?”：
Point Point::operator++()
{
this->x++;
this->y++;
return *this;
}
Point Point::operator-(const Point& point2)
{
Point point(this->x -= point2.x, this->y -= point2.y);
return point;
}
(3) 用友元函数形式重载：双目运算符“+”（两种版本，详见实验指导部分）
friend Point operator+(const Point&, double);
friend Point operator+(const Point&, const Point&);
Point operator+(const Point& point, double n)
{
Point tmpPoint(point.x + n, point.y + n);
return tmpPoint;
}
Point operator+(const Point& point1, const Point& point2)
{
Point point(point1.x + point2.x, point1.y + point2.y);
return point;
}
(4) 友元函数重载插入运算符：
friend ostream& operator<<(ostream&, const Point&);
ostream& operator<<(ostream& out, const Point& point)
{
out << "(" << point.x << ", " << point.y << ")" << endl;
return out;
}
(5) 程序正确后，根据运行结果，重新完成的main()函数：
int main()
{
Point pt1(10.5, 20.8), pt2(-5.3, 18.4), pt3;
cout << "original pt1,pt2,pt3 are:\n";
cout << pt1 << pt2 << pt3;
pt3 = pt1 + 100.8;
cout << "after pt3=pt1+100.8, pt3 is:" << pt3;
pt3 = pt1 + pt2;
cout << "after pt3=pt1+pt2, pt3 is:" << pt3;
pt3 = ++pt1;
++pt2;
cout << "after ++ pt1,pt2,pt3 are:\n";
cout << pt1 << pt2 << pt3;
pt3 = pt1 - pt2;
cout << "after pt3=pt1-pt2, pt3 is:" << pt3;
return 0;
}
实验题目2: 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？
实验解答：
（1）基类Container的定义见实验教材。
（2）各个派生类的定义，根据提示进行填写完整代码：
① 正方体类，从Container类公有继承，定义构造函数，重新定义基类的3个纯虚函数
class Cube: public Container
{
private:
double edgeLength; // 棱长
public:
Cube(double edgeLength, double radius) :Container(radius)
{
this->edgeLength = edgeLength;
}
double area()
{
return 6 * edgeLength * edgeLength;
}
double volume()
{
return edgeLength * edgeLength * edgeLength;
}
void print()
{
cout << "Cube"<< endl;
cout << "edgeLength: " << edgeLength << endl;
cout << "area: " << area() << endl;
cout << "volume: " << volume() << endl << endl;
}
};
② 球类，从Container类公有继承，定义构造函数，重新定义基类的3个纯虚函数
class Sphere: public Container
{
public:
Sphere(double radius): Container(radius) { }
double area()
{
return 4 * PI * radius * radius;
}
double volume()
{
return 4.0 / 3.0 * PI * radius * radius * radius;
}
void print()
{
cout << "Sphere" << endl;
cout << "radius: " << radius << endl;
cout << "area: " << area() << endl;
cout << "volume: " << volume() << endl << endl;
}
};
③ 圆柱体类，从Container类公有继承，需要增加的成员变量，定义构造函数，重新定义基类的三个纯虚函数
class Cylinder: public Container
{
private:
double height;
public:
Cylinder(double height, double r):Container(r)
{
this->height = height;
}
double area()
{
return 2 * PI * radius * radius + 2 * PI * radius * height;
}
double volume()
{
return PI * radius * radius * height;
}
void print()
{
cout << "Cylinder" << endl;
cout << "height: " << height << " radius: " << radius << endl;
cout << "area: " << area() << endl;
cout << "volume: " << volume() << endl << endl;
}
};
（3）正确定义各派生类对象，记录程序的运行结果是：
1.
正方体对象：Cube cube(3.0, 1.0);
球体对象：Sphere sphere(1.0);
圆柱体对象：Cylinder cylinder(4.0, 1.0);
运行结果：
Cube
edgeLength: 3
area: 54
volume: 27
Sphere
radius: 1
area: 12.566
volume: 4.18867
Cylinder
height: 4 radius: 1
area: 31.415
volume: 12.566
（4）主函数中定义一个Container类对象，编译器的报错信息：
不允许使用抽象类类型 “Container” 的对象:
试说明原因：
含有纯虚函数的类是抽象类，无法实例化对象。
四、实验小结（包括问题和解决方法、心得体会、意见与建议等）
（中文五号宋体，英文五号Consolas字体，单倍行距)
