Boolan（博览网）——C++面向对象高级编程（上）（第三周）

Object Oriented Programming（OOP）,Object Oriented Design（OOD）的三把大刀

• Inheritance（继承）
• Composition（复合）
• Delegation（委托）

1. Composition（复合）

复合表示的是has-a的关系，即一个类是另一个类的成员变量，一个类包含另一个类。复合关系在UML图示中用实心菱形表示：

1.1 Composition（复合）关系下的构造和析构

构造由内而外
复合关系下的构造函数，先执行复合类的默认构造函数，然后再执行自身的构造函数。

注意：如果不希望调用复合类的默认构造函数或者复合类没有默认构造函数，则要在初始化列表中做显式的初始化：

class A{
       int x;
   public:
       A(int _x):x(_x){}
   }
   class B{
       A a;
       int _y;
   public:
       B(int x,int y): a(x), _y(y) {} //显式初始化
   };

析构由外而内
复合关系下的析构函数，先执行自身的析构函数，然后才调用复合类的析构函数。

2. Delegation（委托）

委托表示的也是has-a的关系。在实现类中包含有委托类的一个引用，即Composition by reference（在这里使用指针也被称作reference）。委托关系在UML图示中用空心菱形表示：

pimpl： pointer to implementation，指向实现的指针。这种写法又叫作编译防火墙（右边无论怎么改都不影响左边）。

3. Inheritance（继承）

继承表示的是is a的关系。通过继承联系在一起的类构成一种层次关系。通常在层次关系的根部有一个基类（base class），其他类则直接或间接的从基类继承而来，这些继承得到的类称为派生类或子类（derived class）。

基类负责定义在层次关系中所有类共同拥有的成员，而每个子类定义各自特有的成员。

子类成员是指子类自己新增加的数据成员或函数成员，不包括从基类中继承的数据成员和函数成员。（继承与派生时，基类中的构造函数和析构函数不被继承）

各种继承方式对不同访问权限基类成员的访问控制：

基类中的成员	共有继承时在派生类中的访问属性	私有继承时在派生类中的访问属性	保护继承时在派生类中的访问属性
私有成员	不可访问	不可访问	不可访问
公有成员	公有	私有	保护
保护成员	保护	私有	保护

继承关系在UML图示中用空心三角形表示：

3.1 Inheritance（继承）关系下的构造和析构

构造由内而外
子类的构造函数首先调用父类的默认构造函数，然后再执行自身的构造函数。

注意：在子类构造函数中，对基类的初始化说明用基类名，对对象成员的初始化说明用对象成员名。

析构由外而内
子类的析构函数，先执行自身的析构函数，然后才调用父类的析构函数。

注意：父类的析构函数必须是虚函数，否则delete一个指向子类对象的基类指针将产生未定义的行为（子类的对象里有父类的成分）。（相关概念请参考后续笔记）

3.2 冲突、支配与赋值兼容规则

3.2.1 冲突

在多重继承时，如果多个基类中具有相同名字的成员，且在基类中的访问权限为共有（public）或保护（protected），当派生类使用到该基类中的成员时，将会出现不唯一性，称为冲突。

解决冲突问题有两种方法：

• 限定基类中的访问权限为私有成员。
• 使用作用域运算符区分基类成员。

使用作用域运算符区分基类成员，是在使用基类成员时成员名前加类名和作用域运算符，以说明属哪个基类。其格式为：

<类名>::<成员名>

3.2.2 支配规则

在继承与派生时，如果基类中访问权限为public或protected成员和派生类添加的新成员同名时，则不会引起冲突，派生类的成员将覆盖基类中的同名成员。这种优先关系称为支配规则。支配规则强调了派生类中成员优先的原则，如果需要使用基类中的成员，须使用作用域运算符，强调说明属于基类的成员。

注意:不同的成员函数，在函数名和参数个数相同、类型相匹配的情况下才发生同名覆盖。如果函数名相同，而参数个数或类型不同，则属于函数重载。

3.2.3 赋值兼容规则

在面向对象程序设计中，相同类型对象间可以相互赋值，但在基类与派生类对象间实现赋值存在赋值兼容关系。由于派生类中包含从基类继承的成员，因此可以将派生类对象的值赋给基类对象，称为赋值兼容规则。

具体规则包括以下几点：

1. 派生类的对象可以赋给基类的对象，实际是将派生类对象中从基类继承来的成员赋给基类的对象，反正不行。
2. 可以将派生类对象的地址赋给指向基类对象的指针，即指向基类对象的指针变量也可以指向派生类对象。
3. 派生类对象可以初始化基类的引用。

3.3 Inheritance（继承）with virtual functions（虚函数）

虚函数存在于继承与派生过程中，是允许被其派生类重新定义的成员函数，离开了继承与派生，就没有虚函数。虚函数必须是类的成员函数。

注意：虚函数在类外定义时，关键字virtual只能加在函数原型说明的前面，不可以加在函数定义的前面。

虚函数是通过类的继承与派生关系来实现的。当基类中把一个成员函数说明为虚函数，则由该基类所派生的所有派生类中，该函数一直保持虚函数的特性。在派生类中如果重新定义一个与虚函数同名的成员函数，且参数的个数、类型以及返回值类型全部相同，则不管有无关键字virtual说明，该成员函数都将成为一个虚函数。也就是说，在派生类中重新定义基类中的虚函数时，在函数名前可以不加关键字virtual修饰。

注意：覆盖（Override）和重载（Overload）的概念。在派生类中重新定义基类中的虚函数，不仅函数名相同，并且要求参数的个数、类型以及返回值类型全部相同，这称为“覆盖”（或称为“重写”）。重载是指允许存在多个同名函数，但这些函数的参数表不同（可以是参数个数不同，或参数类型不同等）。

注意：

1. 虚函数是在程序运行过程中，确定调用哪一个函数，与一般成员函数相比，会降低程序运行效率（虚函数必须维护V表，因此要多花费一些时间），但提高了程序的通用性。
2. C++中不可以定义构造函数为虚函数，但是可以定义析构函数为虚函数。这是为了实现撤销对象的多态性。
3. 虚函数只能是类的成员函数，但静态成员函数不能声明为虚函数。

函数类型选择原则：
non-virtual函数：你不希望derived class重新定义（override，覆盖）它。
virtual函数：你希望derived class重新定义它，且你对它已有默认定义。
pure virtual函数：你希望derived class一定要重新定义它，你对它没有默认定义。定义为pure virtual函数，基类中该函数就不再给出具体实现部分（即没有函数体），其函数体由派生类定义。

注意： 函数体为空是有函数体，但函数体中没有相关执行语句，与没有函数体是两个概念。

注意：含有pure virtual函数的类是抽象基类，其负责定义接口，而后续的其他类可以覆盖该接口。我们不能（直接）创建一个抽象基类的对象。但我们可以定义其派生类的对象，前提是这些类覆盖了抽象基类中的pure virtual函数。