C++ 15章面向对象程序设计

朱雀 2022-06-02 01:17 289阅读 0赞

核心思想：数据抽象（接口和实现分离）、继承（定义相似类型并对其相似关系建模）和动态绑定（统一方式使用对象）。

## 定义基类 ##

*  继承：派生类继承基类。基类负责定义层次关系中所以类共同拥有的成员，派生类定义各自特有的成员。**基类希望派生类各自定义适合自身的版本，此时基类就讲这些函数声明成虚函数。**派生类必须使用类派生列表明确指出从哪个基类派生而来。派生类必须在内部对所有重新定义的虚函数进行声明。
 *  动态绑定：可以使用同一段代码分别处理Quote（基类）和Bulkquoit（派生类）。函数根据传入参数的类型选择基类或者派生类对应的同名函数调用。这个就是动态绑定。
 *  成员函数与继承：虚函数执行动态绑定（因为基类和派生类有同名函数），而其他没有被声明为虚函数的，解析过程发生在编译期间。
 *  访问控制与继承：**protected，为了使基类的成员可以被派生类成员访问，但是不能被其他用户访问。对于基类中private的声明，派生类成员也不能访问。所以protected和private除了对于派生类中有差别，其他性质完全一样。**

class Quote {
    public:
        Quote() = default;
        Quote(string const& b, double p) : bookNo(b), price(p) { }
    
        string isbn() const { return bookNo; }
        virtual double net_price(size_t n) const { return n * price; }
    
        virtual ~Quote() = default;
    private:
        string bookNo;
    protected:
        double price = 0.0;
    };

## 定义派生类 ##

派生类必须将继承而来需要覆盖（基类中的虚函数）的成员函数重新声明。

class Bulk_quote : public Quote {
    public:
        Bulk_quote() = default;//默认构造
        Bulk_quote(string const& book, double p, size_t qty, double disc) : Quote(book, p), min_qty(qty), discount(disc) {}//构造重载
    
        virtual double net_price(size_t cnt) const override {
            if (cnt >= min_qty) return cnt * (1 - discount) * price;
            else return cnt * price;
        }//覆盖基类的函数版本，用以实现折扣。price定义在基类中。
    protected:
        size_t min_qty = 0;
        double discount = 0.0;
    };
    //继承了isbn函数，bookNo（无访问权限），price（可访问）等。

*  派生类中的虚函数：override显示覆盖它继承的虚函数。也可以不用覆盖，那么使用的就是基类的虚函数

virtual double net_price(size_t cnt) const override

*  派生类到基类的转换：因为派生类函数基类的组成部分，所以派生类对象可以当做基类对象使用。编译器会隐式的指向派生类到基类的转化。  
    ![这里写图片描述][SouthEast]

Bulk_quote bulk; 
    Quote item;
    Quote *p = &item;
    p = &bulk;//地址隐式转换，指向bulk的Quote部分,然后p只能访问bulk的quote部分，但是如果是访问虚函数就会出现多态动态绑定问题（根据pz指向的类型决定，只能用于引用和指针）。
    Quote &r = bulk;//r绑定到bulk的Quote部分

*  派生类构造函数：每个类控制自己成员的初始化过程，派生类继承基类的数据成员，但是派生类不能直接初始化这些成员。同样需要使用构造函数。步骤就是首先初始化基类部分，然后按照声明顺序依次初始化化派生类成员。

Bulk_quote(string const& book, double p, size_t qty, double disc) : Quote(book, p), min_qty(qty), discount(disc) {}//构造重载
    //ISBN和价格调用Quote的构造函数，初始化基类部分。

*  派生类可以访问基类公有和受保护的成员，**每个类负责定义各自的接口，虽然从语法上派生类构造函数体内可以可以给基类公有或受保护的成员赋值，但是最后不这样做。最好使用基类的构造函数，尽量做到面向对象的编程。**
 *  继承与静态成员：不论派生多少类，静态成员都存在唯一实例。遵循通用的访问控制规则。如果是私有，派生类无权访问；如果可访问，既可以使用基类也可以使用派生类访问。  
    ![这里写图片描述][SouthEast 1]
 *  派生类的声明：和其他一样，声明仅仅为了告诉编译器知道某个名字的存在以及该名字是一个什么样的实体。至于具体细节在定义的时候指明。
 *  被用作基类的类：必须已经有了定义才可以。

## 类型转换和继承 ##

可以将基类的指针或引用绑定到派生类对象上导致当我们使用基类的引用或指针时候，并不清楚该引用所绑定的真实类型。  
1、不存在基类向派生类隐式转换：**因为基类可能不含有派生类的数据成员所以编译器不允许有这种转换**。  
2、对象之间不存在转换：**派生向基类自动类型转换只对指针或引用类型有效，对象之间不存在转换。当我们使用初始化或赋值一个类对象时候，实际上就是在执行某个函数。当我们用一个派生类对象为一个基类对象赋值或初始化时候，只有该派生类对象中基类的部分会被拷贝、移动或赋值，派生类部分直接被忽略调了**。

*  动态类型与静态类型：必须区分一个变量或表达式的静态类型与该表达式表示对象的动态类型。表达式的静态类型在编译是总是已知（编译期间，编译器就知道调用那个函数或哪个变量）；动态类型则是变量或表达式表示的内存中的对象类型，知道运行才可以知道。**如果表达式不是引用或指针，则它的动态类型永远与静态类型一致。**

## 虚函数 ##

虚函数基类与派生类中的虚函数必须有相同的形参列表用来覆盖基类虚函数，否则将隐藏基类的虚函数。  
虚函数的执行通过动态绑定操作，直到执行（实参的类型）的时候才知道调用哪个函数。所以每一个虚函数都必须有定义。**当虚函数通过指针或引用调用时候，被调用的函数是与绑定到指针或引用上的对象的类型相匹配的那一个。并且动态绑定仅仅当我们用指针或引用调用虚函数才会发生；当使用具体类型时候，在编译时期调用版本就确定下来了。**

*  C++的多态性：OOP的核心思想就是多态（多种形式）。动态类型：
 *  派生类中的虚函数：当我们在派生类中覆盖了某个虚函数时，可以再一次使用virtual关键字指出该函数的性质。然而这么做并非必须，因为一旦某个函数被声明成虚函数，则在所有派生类类中它都是虚函数。

C++中多态是通过引用或者指针实现的，通过指向的类型决定调用哪个对应的多态函数。因为C++中允许基类指针或引用指向基类以及其派生类，其中编译器会执行隐式转换。  
一个通用的例子：

class Quote {
    public:
        virtual double net_price(size_t n) const { return n * price; }
    };
    
    class Bulk_quote : public Quote {
    public:
        virtual double net_price(size_t cnt) const override {
            if (cnt >= min_qty) return cnt * (1 - discount) * price;
            else return cnt * price;
        }//定义覆盖函数
    };
    
    double printf_total(const Quote &item, int n)
    {
     double ret = item.net_price(n);//此处item是基类引用，所以编译器在此处不知道item引用指向基类还是派生类。又因为net_price是多态属性（基类和派生类都有同名），所以通过item引用指向的类型，决定调用基类或派生类成员函数。多态是通过引用或指针实现，对于编译器通过关键字virtual声明。也叫做动态绑定。使用基类的引用调用虚函数将发生动态绑定，原因就是前面说的一切。
    }

*  final和overfide说明符：**overfide标记派生类中的虚函数，如果该函数没有覆盖已存在的虚函数，编译器会报错。**使用override所表达的意思是我们希望能覆盖基类中的虚函数（必须存在）而实际上并未做到，所以编译器会报错。
 *  回避虚函数机制：通过作用域运算符决定。

## 继承中的类作用域 ##

每个类都有自己的作用域，派生类的作用编译器默认嵌套在其基类的作用域中，所以派生类才能像使用自己的成员一样使用基类的成员。如果一个名字在派生类作用于中无法解析，则编译器将继续在外层的基类作用域中寻找该名字的定义。

*  名字冲突和继承：因为上述关系，重定义在派生类（内层）中直接基类或间接基类中的名字将隐藏定义在基类（外层）中的名字。这和C语言的某些规则特别像。派生类的成员将隐藏同名的基类成员（而不是产生所谓的重载）。但是可以通过作用运算符来指示编译器使用被覆盖掉的基类成员。**除了覆盖继承来的虚函数之外，派生类最好不要重定义在基类中的名字。不管是面向对象还是面向过程，经过编译器之后都是一个一个的函数调用过程，面向对象的思想上，最终在程序执行过程中脱离不了面向过程的思想。**
 *  名字查找先于类型查找：先通过名字查找，查找到了结束查找，然后比较调用类型是否合法。必须区分隐藏和覆盖的效果。覆盖就是通常用于虚函数还可以通过指针或引用访问覆盖之前的东西，隐藏是函数名字相同隐藏了信息只能通过作用域访问。进一步认识到非虚函数静态绑定，虚函数动态绑定的效果。  
    ![这里写图片描述][SouthEast 2]
 *  虚析构函数：delete一个动态分配对象的指针将执行析构函数，如果指针指向继承体系中的某个类型，则可能出现指针静态类型和被删除动态类型不符的情况。如果将析构函数定义成虚函数，那么在删除动态类型时候，将根据指针指向的类型动态调用对应的析构函数，释放对象的内存。所以定义了虚析构函数，全部是是因为基类指针和引用可以指向派生类。虚函数的虚属性会被继承。  
    ![这里写图片描述][SouthEast 3]
 *  合成拷贝控制和继承：派生类合成构造将通过调用基类的构造（不论合成还是自定义）执行初始化。析构也是一样的操作（一直从上层析构到底层）。

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[SouthEast 2]: /images/20220602/5625394352b3405b82e11f82eac03a21.png
[SouthEast 3]: /images/20220602/050e1c13a31c4ef7981c0fa7cb8ad4a2.png