第15章 面向对象的程序设计

一、OOP：概述

1. 面向对象程序设计的核心思想是数据抽象、继承和动态绑定

• 数据抽象：将类的接口与实现分离；
• 继承：定义相似的类型并对其相似关系建模；
• 动态绑定：在一定程度上忽略相似类型间的区别，而使用统一的方式使用它们的对象

2. 通过继承联系在一起的类构成一种层次关系。

• 基类：层次根部，其他类均直接或者间接从基类继承而来。定义继承关系中所有类共有的成员
• 派生类：继承得到的类。定义各自特有的成员
• 虚函数：对于某些成员函数，基类希望它的派生类各自定义适合自身的版本，此时基类就将这些函数声明为虚函数。

3. 类派生列表

• 派生类必须使用派生类列表指出它继承自那个（或哪些基类）
• 形式：先是一个冒号，然后跟逗号分隔的基类列表
• 每个基类前面可以有访问说明符

4. 动态绑定

• 通过使用动态绑定，可以用同一段代码分别处理具有继承关系的不同对象（Quote和Bulk_Quote）
• eg:

double print_total(const Quote &item, size_t n) {
  double ret = item.net_price(n);
}

• 由于形参是对基类的引用，所以既能使用基类调用，也能用派生类调用
• 运行时绑定：使用哪个版本的price()函数，由运行时函数的实参是Quote类型还是Bulk_Quote类型决定

5. eg：

class Quote {
  public:
    std::string isbn() const;
    virtual double net_price(std::size_t n)  const ;
};
class Bulk_Quote:public Quote{
  public:
    double net_price(std::size_t n) const override;
};

二、定义基类和派生类

1. 定义基类

class Quote {
  public:
    Quote() = default;
    Quote(const std::string& book, double sales_price):
               bookNo(book),price(sales_price) {}
    std::sting isbn() {return bookNo;}
    // 返回给定数量的书籍的销售总额
    // 派生类负责改写并使用不同的折扣计算方法
    virtual double net_price(std::size_t n) const {return n*price;}
    virtual ~Quote() = default;
  private:
    std::string bookNo; 
  protected:
    double price = 0.0;
};

说明：

• 基类必须区分两类成员函数：一类派生类直接继承不做改变，一类派生类定义自己的版本，对基类版本进行覆盖。后者就定义为虚函数。
• 任何构造函数外的非静态函数，都可以是虚函数
• 非虚函数解析发生在编译时，虚函数发生在运行时
• 派生类虽然可以继承定义在基类中的成员，但派生类的成员函数无权访问基类的私有成员
• Quote类的成员price，希望派生类能够访问，而禁止其它类访问，则用protected访问说明符来表明。

2. 定义派生类

三、虚函数

四、抽象基类

1. 设计动机
   如果希望书店程序能够支持多种折扣方式策略，可以定义一个新的Disc_Quote类来支持不同的折扣策略。该类表示的是一本打折书籍的通用概念，而非某种具体的折扣策略，因此在其中定义net_price()函数是无意义的，但是如果不定义net_price()函数，其派生类会调用Quote的price函数。
2. 纯虚函数

• 为解决上述问题，因此在Disc_Quote类中将price函数定义为纯虚函数。纯虚函数明确告诉用户，当前price()函数没有实际意义。
• 纯虚函数无需定义，通过在函数体位置书写‘=0’表示
• 可以为纯虚函数提供定义，不过函数体必须定义在类的外部，也就是说不能在类内为一个=0的函数提供函数体

double net_price(std::size_t) const = 0;

3. 抽象基类

• 含有纯虚函数的类是抽象基类
• 不能（直接）创建一个抽象基类**→强调不能直接创建，是因为当创建Disc_Quote的派生类的对象时，会间接创建一个Disc_Quote类的对象。
• Disc_Quote的派生类必须给出自己的net_price()函数定义，否则它仍然是一个抽象基类→因此继承了Disc_Quote类的纯虚函数net_price()

4. eg

class Disc_Quote: public Quote {
  public:
    Disc_Quote() = default;
    Disc_Quote(const std::string& book, double price, std::size_t qty, double disc):
                Quote(book,price),quantity(qty),discount(disc) {}
    double net_price(std::size_t) const = 0;
  protected:
    std::size_t quantity = 0;
    double discount = 0.0;
};
class Bulk_Quote:public Disc_Quote{
  public:
    Bulk_Quote() = default;
    Bulk_Quote(const std::string& book, double price, std::size_t qty, double disc):
      Disc_Quote(book,price,qty,disc) {}
    double net_price(std::size_t) const override;
};

说明：

• Bulk_Quote类的对象包含三个子对象：**一个（空的）Bulk_Quote部分，一个Disc_Quote子对象，一个Quote子对象
• 派生类构造函数只初始化它的直接基类→Bulk_Quote类的构造函数将参数传递给Disc_Quote类的构造函数→Disc_Quote的构造函数又将实参传递给Quote类的构造函数
• 派生类构造函数中使用基类的构造函数初始化基类成员

5. 重构

• 在Quote和Bulk_Quote的继承关系之间添加了Disc_Quote类
• 重构负责重新设计类的体系以便将操作和/或数据从一个类移动到另一个类中；
• 重构即使改变了继承体系，使用了Quote或者Bulk_Quote类的代码无需变更；
• 类被重构，意味着需要重新编译代码

五、访问控制和继承