【C++核心编程(四)】
一、继承
继承是面向对象三大特性之一。
有些类与类之间存在特殊的关系，例如下图中:
我们发现，定义这些类时，下级别的成员除了拥有上一级的共性，还有自己的特性。
这个时候我们就可以考虑利用继承的技术，减少重复代码。
1.1、继承的基本语法
例如我们看到很多网站中，都有公共的头部，公共的底部，甚至公共的左侧列表，只有中心内容不同，接下来我们分别利用普通写法和继承的写法来实现网页中的内容，看一下继承存在的意义以及好处。
//普通实现页面
//Java
class Java
{
public:
void header()
{
cout << "首页、公开课、登陆、注册...(公共头部)" << endl;
}
void footer()
{
cout << "帮助中心、交流合作、站内地图...(公共底部)" << endl;
}
void left()
{
cout << "Java、C++、Python...(公共分类列表)" << endl;
}
void content()
{
cout << "Java学科视频" << endl;
}
};
//Python
class Python
{
public:
void header()
{
cout << "首页、公开课、登陆、注册...(公共头部)" << endl;
}
void footer()
{
cout << "帮助中心、交流合作、站内地图...(公共底部)" << endl;
}
void left()
{
cout << "Java、C++、Python...(公共分类列表)" << endl;
}
void content()
{
cout << "Python学科视频" << endl;
}
};
//C++
class CPlusPlus
{
public:
void header()
{
cout << "首页、公开课、登陆、注册...(公共头部)" << endl;
}
void footer()
{
cout << "帮助中心、交流合作、站内地图...(公共底部)" << endl;
}
void left()
{
cout << "Java、C++、Python...(公共分类列表)" << endl;
}
void content()
{
cout << "C++学科视频" << endl;
}
};
//继承实现上述代码 - 好处:减少重复的代码
//语法:class 子类(派生类) : 继承方式 父类(基类)
//公共页面类
class BasePage
{
public:
void header()
{
cout << "首页、公开课、登陆、注册...(公共头部)" << endl;
}
void footer()
{
cout << "帮助中心、交流合作、站内地图...(公共底部)" << endl;
}
void left()
{
cout << "Java、C++、Python...(公共分类列表)" << endl;
}
};
//Java页面
class Java :public BasePage
{
public:
void content()
{
cout << "Java学科视频" << endl;
}
};
//Python页面
class Python :public BasePage
{
public:
void content()
{
cout << "Python学科视频" << endl;
}
};
//C++页面
class CPlusPlus :public BasePage
{
public:
void content()
{
cout << "C++学科视频" << endl;
}
};
void test01()
{
cout << "Java页面如下：" << endl;
Java java;
java.header();
java.footer();
java.left();
java.content();
cout << "---------------------" << endl;
cout << "Python页面如下：" << endl;
Python python;
python.header();
python.footer();
python.left();
python.content();
cout << "---------------------" << endl;
cout << "C++页面如下：" << endl;
CPlusPlus c;
c.header();
c.footer();
c.left();
c.content();
}
int main()
{
test01();
system("pause");
return 0;
}总结:
继承的好处:可以减少重复的代码
class A : public B;
A 类称为子类或派生类；B 称为父类或基类。
派生类中的成员，包含两大部分:
一类是从基类继承过来的，一类是自己增加的成员。
从基类继承过来的表现其共性，而新增的成员体现了其个性。
1.2、继承方式
继承的语法: class 子类 : 继承方式 父类
继承方式一共有三种:
·公共继承
·保护继承
·私有继承
1.3、继承中的对象模型
问题: 从父类继承过来的成员，哪些属于子类对象中?
class Base
{
public:
int m_A;
protected:
int m_B;
private:
int m_C;
};
class Son :public Base
{
public:
int m_D;
};
void test01()
{
//父类中所有非静态成员属性都会被子类继承下去
//父类中的私有成员属性是被编译器给隐藏了,因此访问不到但是确实是被继承下去了
cout << "size of Son = " << sizeof(Son) << endl;
}
int main()
{
test01();
system("pause");
return 0;
}
利用开发人员命令提示工具查看对象模型：
①跳转盘符 - C:
②跳转文件路径 - cd 具体路径下
③查看命名
④cl(l - 小写L) /d1 reportSingleClassLayout类名 文件名(按tab键自动补齐)
结论:父类中私有成员也是被子类继承下去了，只是由编译器给隐藏后访问不到。
1.4、继承中构造和析构顺序
子类继承父类后，当创建子类对象，也会调用父类的构造函数。
问题: 父类和子类的构造和析构顺序是谁先谁后?
class Base
{
public:
Base()
{
cout << "Base的构造函数!" << endl;
}
~Base()
{
cout << "Base的析构函数!" << endl;
}
};
class Son :public Base
{
public:
Son()
{
cout << "Son的构造函数!" << endl;
}
~Son()
{
cout << "Son的析构函数!" << endl;
}
};
void test01()
{
//Base b;
//继承中的构造和析构的顺序:先构造父类,再构造子类,析构的顺序与构造的顺序相反
Son s;
}
int main()
{
test01();
system("pause");
return 0;
}
总结: 继承中先调用父类构造函数，再调用子类构造函数，析构顺序与构造相反。
1.5、继承同名成员处理方式
问题:当子类与父类出现同名的成员，如何通过子类对象，访问到子类或父类中同名的数据呢?
·访问子类同名成员 - 直接访问即可。
·访问父类同名成员 - 需要加作用域。
class Base
{
public:
Base()
{
m_A = 100;
}
void func()
{
cout << "Base - func()" << endl;
}
void func(int a)
{
cout << "Base - func(int a)" << endl;
}
int m_A;
};
class Son :public Base
{
public:
Son()
{
m_A = 200;
}
void func()
{
cout << "Son - func()" << endl;
}
int m_A;
};
//同名成员属性处理方式
void test01()
{
Son s;
cout << "Son.m_A = " << s.m_A << endl;
//如果通过子类对象访问到父类同名成员,需要加作用域
cout << "Base.m_A = " << s.Base::m_A << endl;
}
//同名成员函数处理方式
void test02()
{
Son s;
s.func();//直接调用 - 调用的是子类的同名成员
//如何调用父类中的同名成员函数?
s.Base::func();
//如果子类中出现和父类同名的成员函数,子类的同名成员会隐藏掉父类中所有的同名成员函数
//如果想访问到父类中被隐藏的同名成员函数,需要加作用域
s.Base::func(100);
}
int main()
{
test01();
test02();
system("pause");
return 0;
}
总结:
1.子类对象可以直接访问到子类中同名成员。
2.子类对象加作用域可以访问到父类同名成员。
3.当子类与父类拥有同名的成员函数，子类会隐藏父类中同名成员函数，加作用域可以访问到父类中同名函数。
1.6、继承同名静态成员处理方式
问题: 继承中同名的静态成员在子类对象上如何进行访问?
静态成员和非静态成员出现同名，处理方式一致
·访问子类同名成员 - 直接访问即可
·访问父类同名成员 - 需要加作用域
class Base
{
public:
static int m_A;
static void func()
{
cout << "Base.static.func()" << endl;
}
static void func(int a)
{
cout << "Base.static.func(int a)" << endl;
}
};
int Base::m_A = 200;
class Son :public Base
{
public:
static int m_A;
static void func()
{
cout << "Son.static.func()" << endl;
}
};
int Son::m_A = 100;
//同名静态成员属性
void test01()
{
//1.通过对象访问
cout << "通过对象访问:" << endl;
Son s;
cout << "Son.m_A = " << s.m_A << endl;
cout << "Base.m_A = " << s.Base::m_A << endl;
//2.通过类名访问
cout << "通过类名方式访问:"<< endl;
cout << "Son.m_A = " << Son::m_A << endl;
//第一个::代表通过类名的方式访问 - 第二个::代表访问父类的作用域下
cout << "Base.m_A = " << Son::Base::m_A << endl;
}
//同名静态成员函数
void test02()
{
//1.通过对象访问
cout << "通过对象访问:" << endl;
Son s;
s.func();
s.Base::func();
//2.通过类名访问
cout << "通过类名方式访问:" << endl;
Son::func();
Son::Base::func();
//子类出现和父类同名的静态成员函数,也会隐藏父类中所有同名的静态成员函数
//如果想访问父类中被隐藏的同名成员,需要加作用域
Son::Base::func(100);
}
int main()
{
test01();
test02();
system("pause");
return 0;
}
总结:同名静态成员处理方式和非静态处理方式一样，只不过有两种访问的方式(通过对象和通过类名)
1.7、多继承语法
C++允许一个类继承多个类
语法: class 子类 : 继承方式 父类1 ， 继承方式 父类2...
多继承可能会引发父类中有同名成员出现，需要加作用域区分。
C++实际开发中不建议用多继承
class Base1
{
public:
Base1()
{
m_A = 100;
}
int m_A;
};
class Base2
{
public:
Base2()
{
m_A = 200;
}
int m_A;
};
//子类继承Base1和Base2
//语法: class 子类 : 继承方式 父类1 , 继承方式 父类2 ...
class Son :public Base1 , public Base2
{
public:
int m_C;
int m_D;
Son()
{
m_C = 300;
m_D = 400;
}
};
void test01()
{
Son s;
cout << "size of (Son) = " << sizeof(s) << endl;
//当父类中出现同名的成员,需要加作用域区分
cout << "Base1.m_A = " << s.Base1::m_A << endl;
cout << "Base2.m_A = " << s.Base2::m_A << endl;
}
int main()
{
test01();
system("pause");
return 0;
}
总结: 多继承中如果父类中出现了同名情况，子类使用时候要加作用域。
1.8、菱形继承
菱形继承概念:
两个派生类继承同一个基类；
又有某个类同时继承着两个派生类；
这种继承被称为菱形继承，或者钻石继承。
典型的菱形继承案例:
菱形继承问题:
1.羊继承了动物的数据，驼同样继承了动物的数据，当草泥马使用数据时，就会产生二义性。
2. 草泥马继承自动物的数据继承了两份，其实我们应该清楚，这份数据我们只需要一份就可以。
//动物类
class Animal
{
public:
int m_Age;
};
//利用虚继承可以解决菱形继承带来的问题
//在继承之前加上关键字virtual变为虚继承
//Animal类称为虚基类
//羊类
class Sheep :virtual public Animal
{
public:
};
//驼类
class Tuo :virtual public Animal
{
public:
};
//羊驼类
class SheepTuo :public Sheep , public Tuo
{
public:
};
void test01()
{
SheepTuo st;
st.Sheep::m_Age = 18;
st.Tuo::m_Age = 28;
//当菱形继承时,两个父类拥有相同数据,需要加以作用域区分
cout << "Sheep::m_Age = " << st.Sheep::m_Age << endl;
cout << "Tuo::m_Age = " << st.Tuo::m_Age << endl;
cout << "st.m_Age = " << st.m_Age << endl;
//这份数据我们明确只需要有一份即可,菱形继承导致数据有两份,资源浪费
}
int main()
{
test01();
system("pause");
return 0;
}
总结:
·菱形继承带来的主要问题是子类继承两份相同的数据，导致资源浪费以及毫无意义。
·利用虚继承可以解决菱形继承问题。
二、多态
2.1、多态的基本概念
多态是C++面向对象三大特性之一
多态分为两类：
·静态多态: 函数重载 和 运算符重载属于静态多态，复用函数名
·动态多态: 派生类和虚函数实现运行时多态
静态多态和动态多态区别:
·静态多态的函数地址早绑定 - 编译阶段确定函数地址
·动态多态的函数地址晚绑定 - 运行阶段确定函数地址
下面通过案例进行讲解多态：
//动物类
class Animal
{
public:
//虚函数
virtual void speak()
{
cout << "动物叫唤!" << endl;
}
};
//猫类
class Cat :public Animal
{
public:
void speak()
{
cout << "喵喵喵!" << endl;
}
};
//狗类
class Dog :public Animal
{
public:
//重写 - 函数返回值类型、函数名、参数列表完全相同
//子类重写的函数前面的virtual可写可不写
virtual void speak()
{
cout << "旺旺旺!" << endl;
}
};
//执行说话的函数
//地址早绑定 - 在编译阶段确定函数的地址
//如果想执行让猫说话,那么这个函数地址就不能提前绑定,需要在运行阶段进行绑定 - 地址晚绑定
void DoSpeak(Animal &animal)//Animal& animal = cat;
{
animal.speak();
}
//动态多态满足条件:
//1.有继承关系
//2.子类重写父类的虚函数
//动态多态的使用:父类的指针或者引用指向子类对象
void test01()
{
Cat cat;
DoSpeak(cat);
Dog dog;
DoSpeak(dog);
}
int main()
{
test01();
system("pause");
return 0;
}
总结：
多态满足条件：
·有继承关系
·子类重写父类中的虚函数
多态使用条件：
·父类指针或引用指向子类对象
重写: 函数返回值类型、函数名、参数列表完全一致称为重写。
2.2、多态案例一 - 计算器类
案例描述:
分别利用普通写法和多态技术，设计实现两个操作数进行运算的计算器类。
多态的优点:
·代码组织结构清晰
·可读性强
·利于前期和后期的扩展以及维护
class Calculator
{
public:
int m_Num1;
int m_Num2;
int getResult(string oper)
{
if (oper == "+")
{
return m_Num1 + m_Num2;
}
else if (oper == "-")
{
return m_Num1 - m_Num2;
}
else if (oper == "*")
{
return m_Num1 * m_Num2;
}
//如果想要扩展新的功能需要修改源码
//在真正的开发中提倡:开闭原则 - 对扩展进行开放,对修改进行关闭
}
};
void test01()
{
//创建计算器对象
Calculator cal;
cal.m_Num1 = 10;
cal.m_Num2 = 10;
cout << cal.m_Num1 << " + " << cal.m_Num2 << " = " << cal.getResult("+") << endl;
cout << cal.m_Num1 << " - " << cal.m_Num2 << " = " << cal.getResult("-") << endl;
cout << cal.m_Num1 << " * " << cal.m_Num2 << " = " << cal.getResult("*") << endl;
}
//利用多态实现计算器
//实现计算器的抽象类
class AbstractCalculator
{
public:
int m_Num1;
int m_Num2;
virtual int getResult()
{
return 0;
}
};
//加法计算器类
class AddCalculator :public AbstractCalculator
{
int getResult()
{
return m_Num1 + m_Num2;
}
};
//减法计算器类
class SubCalculator :public AbstractCalculator
{
int getResult()
{
return m_Num1 - m_Num2;
}
};
//乘法计算器类
class MulCalculator :public AbstractCalculator
{
int getResult()
{
return m_Num1 * m_Num2;
}
};
void test02()
{
//多态使用条件 - 父类指针或者引用指向子类对象
//加法运算
AbstractCalculator* abs = new AddCalculator;
abs->m_Num1 = 100;
abs->m_Num2 = 100;
cout << abs->m_Num1 << " + " << abs->m_Num2 << " = " << abs->getResult() << endl;
//用完后记得销毁
delete abs;
//减法运算
abs = new SubCalculator;
abs->m_Num1 = 100;
abs->m_Num2 = 100;
cout << abs->m_Num1 << " - " << abs->m_Num2 << " = " << abs->getResult() << endl;
delete abs;
//乘法运算
abs = new MulCalculator;
abs->m_Num1 = 100;
abs->m_Num2 = 100;
cout << abs->m_Num1 << " * " << abs->m_Num2 << " = " << abs->getResult() << endl;
delete abs;
}
int main()
{
//test01();
test02();
system("pause");
return 0;
}
总结: C++开发提倡利用多态设计程序架构，因为多态优点很多。
2.3、纯虚函数和抽象类
在多态中，通常父类中虚函数的实现是毫无意义的，主要都是调用子类重写的内容。
因此可以将虚函数改为纯虚函数！
纯虚函数语法: virtual 返回值类型 函数名(数列表) = 0;
当类中有了纯虚函数，这个类也称为抽象类。
抽象类特点:
·无法实例化对象
·子类必须重写抽象类中的纯虚函数，否则也属于抽象类
2.4、多态案例二 - 制作饮品
案例描述:
制作饮品的大致流程为: 煮水 - 冲泡 - 倒入杯中 - 加入辅料
利用多态技术实现本案例，提供抽象制作饮品基类，提供子类制作咖啡和茶叶。
class AbstractDrinking
{
public:
//煮水
virtual void Boil() = 0;
//冲泡
virtual void Brew() = 0;
//倒入杯中
virtual void PourInCup() = 0;
//加入辅助佐料
virtual void PutSomthing() = 0;
//制作饮品
void makeDrink()
{
Boil();
Brew();
PourInCup();
PutSomthing();
}
};
//制作咖啡
class Coffee : public AbstractDrinking
{
public:
//煮水
void Boil()
{
cout << "煮农夫山泉水" << endl;
}
//冲泡
void Brew()
{
cout << "冲泡咖啡" << endl;
}
//倒入杯中
void PourInCup()
{
cout << "倒入咖啡杯中" << endl;
}
//加入辅助佐料
void PutSomthing()
{
cout << "加入糖和牛奶" << endl;
}
};
//制作茶叶
class Tea : public AbstractDrinking
{
public:
//煮水
void Boil()
{
cout << "煮冰露矿泉水" << endl;
}
//冲泡
void Brew()
{
cout << "冲泡茶叶" << endl;
}
//倒入杯中
void PourInCup()
{
cout << "倒入茶壶中" << endl;
}
//加入辅助佐料
void PutSomthing()
{
cout << "加入柠檬和枸杞" << endl;
}
};
//制作函数
void doDrink(AbstractDrinking* abs)//AbstractDrinking* abs = new Coffee;
{
abs->makeDrink();
delete abs;//释放堆区数据
}
void test01()
{
//制作咖啡
doDrink(new Coffee);
cout << "--------------" << endl;
//制作茶
doDrink(new Tea);
}
int main()
{
test01();
system("pause");
return 0;
}
2.5、虚析构和纯虚析构
多态使用时，如果子类中有属性开辟到堆区，那么父类指针在释放时无法调用到子类的析构代码。
解决方式: 将父类中的析构函数改为虚析构或者纯虚析构。
虚析构和纯虚析构共性:
·可以解决父类指针释放子类对象
·都需要有具体的函数实现
虚析构和纯虚析构区别:
·如果是纯虚析构，该类属于抽象类，无法实例化对象
虚析构语法: virtual ~类名(){}
纯虚析构语法: virtual ~类名() = 0;
类名::~类名(){}
class Animal
{
public:
//纯虚函数
virtual void speak() = 0;
Animal()
{
cout << "Animal的构造函数" << endl;
}
//利用虚析构可以解决父类指针释放子类对象时不干净的问题
//virtual ~Animal()
//{
// cout << "Animal的虚析构函数!" << endl;
//}
//纯虚析构 - 需要声明也需要实现
//有了纯虚析构之后,这个类也属于抽象类,无法实例化对象
virtual ~Animal() = 0;
};
Animal::~Animal()
{
cout << "Animal的纯虚析构函数!" << endl;
}
class Cat :public Animal
{
public:
Cat(string name)
{
cout << "Cat的构造函数" << endl;
m_Name = new string(name);
}
~Cat()
{
cout << "Cat的析构函数" << endl;
if (m_Name != NULL)
{
delete m_Name;
m_Name = NULL;
}
}
virtual void speak()
{
cout << *m_Name << "小猫喵喵喵!" << endl;
}
string *m_Name;
};
void test01()
{
Animal* animal = new Cat("Tom");
animal->speak();
//父类指针在析构的时候,不会调用子类中析构函数,导致子类如果有堆区属性,出现内存泄漏
delete animal;
}
int main()
{
test01();
system("pause");
return 0;
}
可以看到上述代码如若按照图片来写的结果是，Cat类在堆区创建了数据理应在析构函数中释放，但是Animal类的指针在析构时并不会调用子类对象的析构函数，所以我们要用虚析构来解决问题，如下:
这样我们就可以把在子类创建的堆区数据释放干净了。
总结:
1.虚析构或纯虚析构就是用来解决通过父类指针释放子类对象
2.如果子类中没有堆区数据，可以不写为虚析构或纯虚析构
3.拥有纯虚析构函数的类也属于抽象类
2.6、多态案例三 - 电脑组装
案例描述:
电脑主要组成部件为 CPU(用于计算) ，显卡(用于显示) ，内存条(用于存储)；
将每个零件封装出抽象基类，并且提供不同的厂商生产不同的零件，例如lntel厂商和Lenovo厂商；
创建电脑类提供让电脑工作的函数，并且调用每个零件工作的接口；
测试时组装三台不同的电脑进行工作。
//抽象不同零件类
//抽象CPU类
class CPU
{
public:
//抽象计算函数
virtual void calculate() = 0;
};
//抽象显卡类
class VideoCard
{
public:
//抽象显示函数
virtual void display() = 0;
};
//抽象内存条类
class Memory
{
public:
//抽象存储函数
virtual void storage() = 0;
};
//电脑类
class Computer
{
public:
Computer(CPU* cpu, VideoCard* vc, Memory* mem)
{
m_cpu = cpu;
m_vc = vc;
m_mem = mem;
}
//提供工作函数
void work()
{
//让零件工作,调用接口
m_cpu->calculate();
m_vc->display();
m_mem->storage();
}
//提供析构函数来释放3个电脑零件
~Computer()
{
//释放cpu零件
if (m_cpu != NULL)
{
delete m_cpu;
m_cpu = NULL;
}
//释放显卡零件
if (m_vc != NULL)
{
delete m_vc;
m_vc = NULL;
}
//释放内存条零件
if (m_mem != NULL)
{
delete m_mem;
m_mem = NULL;
}
}
private:
CPU* m_cpu;//CPU零件指针
VideoCard* m_vc;//显卡零件指针
Memory* m_mem;//内存条零件指针
};
//具体厂商
//Intel厂商
class IntelCPU :public CPU
{
public:
virtual void calculate()
{
cout << "Intel的CPU开始计算!" << endl;
}
};
class IntelVideoCard :public VideoCard
{
public:
virtual void display()
{
cout << "Intel的显卡开始显示!" << endl;
}
};
class IntelMemory :public Memory
{
public:
virtual void storage()
{
cout << "Intel的内存条开始存储!" << endl;
}
};
//Lenovo厂商
class LenovoCPU :public CPU
{
public:
virtual void calculate()
{
cout << "Lenovo的CPU开始计算!" << endl;
}
};
class LenovoVideoCard :public VideoCard
{
public:
virtual void display()
{
cout << "Lenovo的显卡开始显示!" << endl;
}
};
class LenovoMemory :public Memory
{
public:
virtual void storage()
{
cout << "Lenovo的内存条开始存储!" << endl;
}
};
void test01()
{
cout << "------第一台电脑-------" << endl;
//第一台电脑零件
CPU* intelCPU = new IntelCPU;
VideoCard* intelCard = new IntelVideoCard;
Memory* intelMem = new IntelMemory;
//创建第一台电脑
Computer* computer1 = new Computer(intelCPU, intelCard, intelMem);
computer1->work();
delete computer1;
cout << "------第二台电脑-------" << endl;
//第二台电脑组装
Computer* computer2 = new Computer(new LenovoCPU, new LenovoVideoCard, new LenovoMemory);
computer2->work();
delete computer2;
cout << "------第三台电脑-------" << endl;
Computer* computer3 = new Computer(new LenovoCPU, new IntelVideoCard, new LenovoMemory);
computer3->work();
delete computer3;
}
int main()
{
test01();
system("pause");
return 0;
}