C++ 继承&重载运算符和重载函数&C++ 多态&虚函数&ADT&C++ 数据封装
面向对象程序设计中最重要的一个概念是继承。
继承允许我们依据另一个类来定义一个类，这使得创建和维护一个应用程序变得更容易。这样做，也达到了重用代码功能和提高执行效率的效果。
当创建一个类时，不需要重新编写新的数据成员和成员函数，只需指定新建的类继承了一个已有的类的成员即可。这个已有的类称为基类，新建的类称为派生类。
基类 & 派生类
一个类可以派生自多个类，这意味着，它可以从多个基类继承数据和函数。定义一个派生类，我们使用一个类派生列表来指定基类。类派生列表以一个或多个基类命名，形式如下：
class derived-class: access-specifier base-class
其中，访问修饰符 access-specifier是 public、protected或private其中的一个，base-class是之前定义过的某个类的名称。如果未使用访问修饰符 access-specifier，则默认为private。
假设有一个基类 Shape，Rectangle是它的派生类，如下所示：
#include 当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：
Total area: 35
访问控制和继承
派生类可以访问基类中所有的非私有成员。因此基类成员如果不想被派生类的成员函数访问，则应在基类中声明为private。
我们可以根据访问权限总结出不同的访问类型，如下所示：
| 访问 | public | protected | private |
|---|---|---|---|
| 同一个类 | yes | yes | yes |
| 派生类 | yes | yes | no |
| 外部的类 | yes | no | no |
一个派生类继承了所有的基类方法，但下列情况除外：
- 基类的构造函数、析构函数和拷贝构造函数。
- 基类的重载运算符。
- 基类的友元函数。
继承类型
当一个类派生自基类，该基类可以被继承为 public、protected 或 private几种类型。继承类型是通过上面讲解的访问修饰符 access-specifier 来指定的。
我们几乎不使用protected 或 private继承，通常使用 public 继承。当使用不同类型的继承时，遵循以下几个规则：
- 公有继承（
public）：当一个类派生自公有基类时，基类的公有成员也是派生类的公有成员，基类的保护成员也是派生类的保护成员，基类的私有成员不能直接被派生类访问，但是可以通过调用基类的公有和保护成员来访问。 - 保护继承（
protected）： 当一个类派生自保护基类时，基类的公有和保护成员将成为派生类的保护成员。 - 私有继承（
private）：当一个类派生自私有基类时，基类的公有和保护成员将成为派生类的私有成员。
多继承
多继承即一个子类可以有多个父类，它继承了多个父类的特性。
C++类可以从多个类继承成员，语法如下：
class <派生类名>:<继承方式1><基类名1>,<继承方式2><基类名2>,…
{
<派生类类体>
};
其中，访问修饰符继承方式是 public、protected或 private 其中的一个，用来修饰每个基类，各个基类之间用逗号分隔，如上所示。现在让我们一起看看下面的实例：
实例
#include 当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：
Total area: 35
Total paint cost: $2450
另外多继承(环状继承),A->D, B->D, C->(A，B)，例如：
class D{......};
class B: public D{......};
class A: public D{......};
class C: public B, public A{.....};
这个继承会使D创建两个对象,要解决上面问题就要用虚拟继承格式
格式：
class 类名: virtual 继承方式 父类名
class D{......};
class B: virtual public D{......};
class A: virtual public D{......};
class C: public B, public A{.....};
虚继承–（在创建对象的时候会创建一个虚表）在创建父类对象的时候
A:virtual public D
B:virtual public D
实例：
#include 1、与类同名的函数是构造函数。
2、~ 类名的是类的析构函数。
C++ 重载运算符和重载函数
C++ 允许在同一作用域中的某个函数和运算符指定多个定义，分别称为函数重载和运算符重载。
重载声明是指一个与之前已经在该作用域内声明过的函数或方法具有相同名称的声明，但是它们的参数列表和定义（实现）不相同。
当您调用一个重载函数或重载运算符时，编译器通过把您所使用的参数类型与定义中的参数类型进行比较，决定选用最合适的定义。选择最合适的重载函数或重载运算符的过程，称为重载决策。
C++中的函数重载
在同一个作用域内，可以声明几个功能类似的同名函数，但是这些同名函数的形式参数（指参数的个数、类型或者顺序）必须不同。您不能仅通过返回类型的不同来重载函数。
下面的实例中，同名函数 print() 被用于输出不同的数据类型：
实例
#include 当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：
整数为: 5
浮点数为: 500.263
字符串为: Hello C++
C++ 中的运算符重载
您可以重定义或重载大部分 C++ 内置的运算符。这样，您就能使用自定义类型的运算符。
重载的运算符是带有特殊名称的函数，函数名是由关键字 operator和其后要重载的运算符符号构成的。与其他函数一样，重载运算符有一个返回类型和一个参数列表。
Box operator+(const Box&);
声明加法运算符用于把两个 Box对象相加，返回最终的 Box对象。大多数的重载运算符可被定义为普通的非成员函数或者被定义为类成员函数。如果我们定义上面的函数为类的非成员函数，那么我们需要为每次操作传递两个参数，如下所示：
Box operator+(const Box&, const Box&);
下面的实例使用成员函数演示了运算符重载的概念。在这里，对象作为参数进行传递，对象的属性使用 this 运算符进行访问，如下所示：
实例
#include 当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：
Volume of Box1 : 210
Volume of Box2 : 1560
Volume of Box3 : 5400
值得注意的是:
- 1、运算重载符不可以改变语法结构。
- 2、运算重载符不可以改变操作数的个数。
- 3、运算重载符不可以改变优先级。
- 4、运算重载符不可以改变结合性。
类重载、覆盖、重定义之间的区别：
重载指的是函数具有的不同的参数列表，而函数名相同的函数。重载要求参数列表必须不同，比如参数的类型不同、参数的个数不同、参数的顺序不同。如果仅仅是函数的返回值不同是没办法重载的，因为重载要求参数列表必须不同。（发生在同一个类里）
覆盖是存在类中，子类重写从基类继承过来的函数。被重写的函数不能是static的。必须是virtual的。但是函数名、返回值、参数列表都必须和基类相同（发生在基类和子类）
重定义也叫做隐藏，子类重新定义父类中有相同名称的非虚函数 ( 参数列表可以不同 ) 。（发生在基类和子类）
C++ 多态
多态按字面的意思就是多种形态。当类之间存在层次结构，并且类之间是通过继承关联时，就会用到多态。
C++ 多态意味着调用成员函数时，会根据调用函数的对象的类型来执行不同的函数。
下面的实例中，基类Shape被派生为两个类，如下所示：
实例
#include 当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：
Parent class area
Parent class area
导致错误输出的原因是，调用函数 area() 被编译器设置为基类中的版本，这就是所谓的静态多态，或静态链接 - 函数调用在程序执行前就准备好了。有时候这也被称为早绑定，因为area() 函数在程序编译期间就已经设置好了。
但现在，让我们对程序稍作修改，在Shape类中，area()的声明前放置关键字 virtual，如下所示：
class Shape {
protected:
int width, height;
public:
Shape( int a=0, int b=0)
{
width = a;
height = b;
}
virtual int area()
{
cout << "Parent class area :" <<endl;
return 0;
}
};
修改后，当编译和执行前面的实例代码时，它会产生以下结果：
Rectangle class area
Triangle class area
此时，编译器看的是指针的内容，而不是它的类型。因此，由于tri和 rec类的对象的地址存储在 *shape中，所以会调用各自的area() 函数。
正如您所看到的，每个子类都有一个函数area() 的独立实现。这就是多态的一般使用方式。有了多态，您可以有多个不同的类，都带有同一个名称但具有不同实现的函数，函数的参数甚至可以是相同的。
虚函数
虚函数 是在基类中使用关键字 virtual 声明的函数。在派生类中重新定义基类中定义的虚函数时，会告诉编译器不要静态链接到该函数。
我们想要的是在程序中任意点可以根据所调用的对象类型来选择调用的函数，这种操作被称为动态链接，或后期绑定。
纯虚函数
您可能想要在基类中定义虚函数，以便在派生类中重新定义该函数更好地适用于对象，但是您在基类中又不能对虚函数给出有意义的实现，这个时候就会用到纯虚函数。
我们可以把基类中的虚函数area()改写如下：
class Shape {
protected:
int width, height;
public:
Shape( int a=0, int b=0)
{
width = a;
height = b;
}
// pure virtual function
virtual int area() = 0;
};
= 0告诉编译器，函数没有主体，上面的虚函数是纯虚函数。
1、纯虚函数声明如下： virtual void funtion1()=0; 纯虚函数一定没有定义，纯虚函数用来规范派生类的行为，即接口。包含纯虚函数的类是抽象类，抽象类不能定义实例，但可以声明指向实现该抽象类的具体类的指针或引用。
2、虚函数声明如下：virtual ReturnType FunctionName(Parameter) 虚函数必须实现，如果不实现，编译器将报错，错误提示为：
error LNK****: unresolved external symbol "public: virtual void __thiscall
ClassName::virtualFunctionName(void)"
3、对于虚函数来说，父类和子类都有各自的版本。由多态方式调用的时候动态绑定。
4、实现了纯虚函数的子类，该纯虚函数在子类中就编程了虚函数，子类的子类即孙子类可以覆盖该虚函数，由多态方式调用的时候动态绑定。
5、虚函数是C++中用于实现多态(polymorphism)的机制。核心理念就是通过基类访问派生类定义的函数。
6、在有动态分配堆上内存的时候，析构函数必须是虚函数，但没有必要是纯虚的。
7、友元不是成员函数，只有成员函数才可以是虚拟的，因此友元不能是虚拟函数。但可以通过让友元函数调用虚拟成员函数来解决友元的虚拟问题。
8、析构函数应当是虚函数，将调用相应对象类型的析构函数，因此，如果指针指向的是子类对象，将调用子类的析构函数，然后自动调用基类的析构函数。
虚函数这里说的有些乱，因为 C++写法奇葩略多。其实可以简单理解。
虚函数可以不实现（定义）。不实现（定义）的虚函数是纯虚函数。
在一个类中如果存在未定义的虚函数，那么不能直接使用该类的实例，可以理解因为未定义virtual 函数，其类是抽象的，无法实例化。将报错误：
undefined reference to `vtable for xxx'
这和其它语言的抽象类，抽象方法是类似的——我们必须实现抽象类，否则无法实例化。（virtual 和 abstract还是有些区别的）
也就是说，如果存在以下代码：
using namespace std;
class Base {
public:
virtual void tall();
};
class People : Base {
public:
void tall() {
cout << "people" << endl;
};
};
那么，在 main方法中，我们不能使用Base base; 这行代码，此时的 tall没有实现，函数表（vtable）的引用是未定义的，故而无法执行。但我们可以使用 People people; 然后 people.tall(); 或 (&people)->tall(); 因为People实现或者说重写、覆盖了 Base 的纯虚方法tall()，使其在 People 类中有了定义，函数表挂上去了，于是可以诞生实例了。
int main() {
// Base base;//不可用
People people;//可用
people.tall();
(&people)->tall();
return 0;
}
上述的是针对虚函数而言，普通的函数，即使我们只声明，不定义，也不会产生上述不可用的问题。
父类的虚函数或纯虚函数在子类中依然是虚函数。有时我们并不希望父类的某个函数在子类中被重写，在 C++11 及以后可以用关键字final 来避免该函数再次被重写。
例：
#include
};
int main()
{
_Base a;
__Base b;
Base* ptr=&a;
ptr->func();
ptr=&b;
_Base* ptr2=&b; ptr->func();
ptr2->func();
}
以上程序运行结果：
This is _Base
This is _Base
This is _Base
如果不希望一个类被继承，也可以使用final关键字。
格式如下：
class Class_name final
{
...
};
则该类将不能被继承。
C++ 数据抽象
数据抽象是指，只向外界提供关键信息，并隐藏其后台的实现细节，即只表现必要的信息而不呈现细节。
数据抽象是一种依赖于接口和实现分离的编程（设计）技术。
让我们举一个现实生活中的真实例子，比如一台电视机，您可以打开和关闭、切换频道、调整音量、添加外部组件（如喇叭、录像机、DVD 播放器），但是您不知道它的内部实现细节，也就是说，您并不知道它是如何通过缆线接收信号，如何转换信号，并最终显示在屏幕上。
因此，我们可以说电视把它的内部实现和外部接口分离开了，您无需知道它的内部实现原理，直接通过它的外部接口（比如电源按钮、遥控器、声量控制器）就可以操控电视。
现在，让我们言归正传，就 C++ 编程而言，C++ 类为数据抽象提供了可能。它们向外界提供了大量用于操作对象数据的公共方法，也就是说，外界实际上并不清楚类的内部实现。
例如，您的程序可以调用 sort()函数，而不需要知道函数中排序数据所用到的算法。实际上，函数排序的底层实现会因库的版本不同而有所差异，只要接口不变，函数调用就可以照常工作。
在 C++ 中，我们使用类来定义我们自己的抽象数据类型（ADT）。您可以使用类iostream 的 cout对象来输出数据到标准输出，如下所示：
实例
#include 在这里，您不需要理解 cout是如何在用户的屏幕上显示文本。您只需要知道公共接口即可，cout 的底层实现可以自由改变。
访问标签强制抽象
在 C++中，我们使用访问标签来定义类的抽象接口。一个类可以包含零个或多个访问标签：
使用公共标签定义的成员都可以访问该程序的所有部分。一个类型的数据抽象视图是由它的公共成员来定义的。
使用私有标签定义的成员无法访问到使用类的代码。私有部分对使用类型的代码隐藏了实现细节。
访问标签出现的频率没有限制。每个访问标签指定了紧随其后的成员定义的访问级别。指定的访问级别会一直有效，直到遇到下一个访问标签或者遇到类主体的关闭右括号为止。
数据抽象的好处
数据抽象有两个重要的优势：
- 类的内部受到保护，不会因无意的用户级错误导致对象状态受损。
- 类实现可能随着时间的推移而发生变化，以便应对不断变化的需求，或者应对那些要求不改变用户级代码的错误报告。
如果只在类的私有部分定义数据成员，编写该类的作者就可以随意更改数据。如果实现发生改变，则只需要检查类的代码，看看这个改变会导致哪些影响。如果数据是公有的，则任何直接访问旧表示形式的数据成员的函数都可能受到影响。
数据抽象的实例
C++ 程序中，任何带有公有和私有成员的类都可以作为数据抽象的实例。请看下面的实例：
实例
#include 当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：
Total 60
上面的类把数字相加，并返回总和。公有成员 addNum和 getTotal是对外的接口，用户需要知道它们以便使用类。私有成员total是用户不需要了解的，但又是类能正常工作所必需的。
设计策略
抽象把代码分离为接口和实现。所以在设计组件时，必须保持接口独立于实现，这样，如果改变底层实现，接口也将保持不变。
在这种情况下，不管任何程序使用接口，接口都不会受到影响，只需要将最新的实现重新编译即可。
C++ 数据封装
所有的 C++ 程序都有以下两个基本要素：
- 程序语句（代码）：这是程序中执行动作的部分，它们被称为函数。
- 程序数据：数据是程序的信息，会受到程序函数的影响。
封装是面向对象编程中的把数据和操作数据的函数绑定在一起的一个概念，这样能避免受到外界的干扰和误用，从而确保了安全。数据封装引申出了另一个重要的OOP概念，即数据隐藏。
数据封装是一种把数据和操作数据的函数捆绑在一起的机制，数据抽象是一种仅向用户暴露接口而把具体的实现细节隐藏起来的机制。
C++ 通过创建类来支持封装和数据隐藏（public、protected、private）。我们已经知道，类包含私有成员（private）、保护成员（protected）和公有成员（public）成员。默认情况下，在类中定义的所有项目都是私有的。例如：
class Box
{
public:
double getVolume(void)
{
return length * breadth * height;
}
private:
double length; // 长度
double breadth; // 宽度
double height; // 高度
};
变量length、breadth 和height 都是私有的（private）。这意味着它们只能被 Box类中的其他成员访问，而不能被程序中其他部分访问。这是实现封装的一种方式。
为了使类中的成员变成公有的（即，程序中的其他部分也能访问），必须在这些成员前使用 public 关键字进行声明。所有定义在 public 标识符后边的变量或函数可以被程序中所有其他的函数访问。
把一个类定义为另一个类的友元类，会暴露实现细节，从而降低了封装性。理想的做法是尽可能地对外隐藏每个类的实现细节。
数据封装的实例
C++程序中，任何带有公有和私有成员的类都可以作为数据封装和数据抽象的实例。请看下面的实例：
实例
#include 当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：
Total 60
上面的类把数字相加，并返回总和。公有成员addNum和 getTotal 是对外的接口，用户需要知道它们以便使用类。私有成员 total是对外隐藏的，用户不需要了解它，但它又是类能正常工作所必需的。
设计策略
通常情况下，我们都会设置类成员状态为私有（private），除非我们真的需要将其暴露，这样才能保证良好的封装性。
这通常应用于数据成员，但它同样适用于所有成员，包括虚函数。
C++中, 虚函数可以为private, 并且可以被子类覆盖（因为虚函数表的传递），但子类不能调用父类的private虚函数。虚函数的重载性和它声明的权限无关。
一个成员函数被定义为private属性，标志着其只能被当前类的其他成员函数(或友元函数)所访问。而virtual修饰符则强调父类的成员函数可以在子类中被重写，因为重写之时并没有与父类发生任何的调用关系，故而重写是被允许的。
编译器不检查虚函数的各类属性。被virtual修饰的成员函数，不论他们是private、protect或是public的，都会被统一的放置到虚函数表中。对父类进行派生时，子类会继承到拥有相同偏移地址的虚函数表（相同偏移地址指，各虚函数相对于VPTR指针的偏移），则子类就会被允许对这些虚函数进行重载。且重载时可以给重载函数定义新的属性，例如public，其只标志着该重载函数在该子类中的访问属性为public，和父类的private属性没有任何关系！
纯虚函数可以设计成私有的，不过这样不允许在本类之外的非友元函数中直接调用它，子类中只有覆盖这种纯虚函数的义务，却没有调用它的权利。