【C++】C++封裝、繼承、多態小結__C++

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物件導向的三個基本特徵

物件導向的三個基本特徵是：封裝、繼承、多態。其中，封裝可以隱藏實現細節，使得代碼模組化；繼承可以擴充已存在的代碼模組（類）；它們的目的都是為了——代碼重用。而多態則是為了實現另一個目的——介面重用。

封裝

什麼是封裝。

封裝可以隱藏實現細節，使得代碼模組化；封裝是把過程和資料包圍起來，對資料的訪問只能通過已定義的介面。物件導向計算始於這個基本概念，即現實世界可以被描繪成一系列完全自治、封裝的對象，這些對象通過一個受保護的
介面訪問其他對象。在物件導向編程上可理解為：把客觀事物封裝成抽象的類，並且類可以把自己的資料和方法只讓可信的類或者對象操作，對不可信的進行資訊隱藏。

繼承

什麼是繼承。

繼承是指這樣一種能力：它可以使用現有類的所有功能，並在無需重新編寫原來的類的情況下對這些功能進行擴充。其繼承的過程，就是從一般到特殊的過程。

通過繼承建立的新類稱為“子類”或“衍生類別”。被繼承的類稱為“基類”、“父類”或“超類”。要實現繼承，可以通過“繼承”（Inheritance）和“組合”（Composition）來實現。在某些 OOP 語言中，一個子類可以繼承多個基類。但是一般情況下，一個子類只能有一個基類，要實現多重繼承，可以通過多級繼承來實現。

繼承的實現方式。

繼承概念的實現方式有三類：實現繼承、介面繼承和可視繼承。

1. 實現繼承是指使用基類的屬性和方法而無需額外編碼的能力；

2. 介面繼承是指僅使用屬性和方法的名稱、但是子類必須提供實現的能力；

3. 可視繼承是指子表單（類）使用基表單（類）的外觀和實現代碼的能力。

多態

什麼是多態。

多態性（polymorphisn）是允許你將父物件設定成為和一個或更多的他的子物件相等的技術，賦值之後，父物件就可以根據當前賦值給它的子物件的特性以不同的方式運作。簡單的說，就是一句話：允許將子類類型的指標賦值給父類類型的指標。

例子：（2012某**軟體公司筆試題）

請按順序寫出下面代碼的輸出結果：

答案：call child func

call ~child

call ~base

多態的實現方式分析。

實現多態，有二種方式，覆蓋，重載。覆蓋：是指子類重新定義父類的虛函數的做法。重載：是指允許存在多個同名函數，而這些函數的參數表不同（或許參數個數不同，或許參數類型不同，或許兩者都不同）。

分析：

“重載”是指在同一個類中相同的傳回型別和方法名，但是參數的個數和類型可以不同

“覆蓋\重寫”是在不同的類中。

其實，重載的概念並不屬於“物件導向編程”，重載的實現是：編譯器根據函數不同的參數表，對同名函數的名稱做修飾，然後這些同名函數就成了不同的函數（至少對於編譯器來說是這樣的）。如，有兩個同名函數：function func(p:integer):integer;和function func(p:string):integer;。那麼編譯器做過修飾後的函數名稱可能是這樣的：int_func、str_func。對於這兩個函數的調用，在編譯器間就已經確定了，是靜態（記住：是靜態）。也就是說，它們的地址在編譯期就綁定了（早綁定），因此，重載和多態無關。真正和多態相關的是“覆蓋”。當子類重新定義了父類的虛函數後，父類指標根據賦給它的不同的子類指標，動態（記住：是動態。）的調用屬於子類的該函數，這樣的函數調用在編譯期間是無法確定的（調用的子類的虛函數的地址無法給出）。因此，這樣的函數地址是在運行期綁定的（晚邦定）。結論就是：重載只是一種語言特性，與多態無關，與物件導向也無關。引用一句Bruce Eckel的話：“不要犯傻，如果它不是晚邦定，它就不是多態。”

C++多態機制的實現：

該部分轉自：http://blog.chinaunix.net/uid-7396260-id-2056657.html

1、c++實現多態的方法

物件導向有了一個重要的概念就是對象的執行個體，對象的執行個體代表一個具體的對象，故其肯定有一個資料結構儲存這執行個體的資料，這一資料包括對象成員變數，如果對象有虛函數方法或存在虛繼承的話，則還有相應的虛函數或虛表指標，其他函數指標不包括。

虛函數在c++中的實現機制就是用虛表和虛指標，但是具體是怎樣的呢。從more effecive c++其中一篇文章裡面可以知道：是每個類用了一個虛表，每個類的對象用了一個虛指標。要講虛函數機制，必須講繼承，因為只有繼承才有虛函數的動態綁定功能，先講下c++繼承對象執行個體記憶體配置基礎知識：

從more effecive c++其中一篇文章裡面可以知道：是每個類用了一個虛表，每個類的對象用了一個虛指標。具體的用法如下：
class A
{public:
virtual void f();
virtual void g();
private:
int a
};

class B : public A
{
public:
void g();
private:
int b;
};
//A，B的實現省略
因為A有virtual void f（），和g（），所以編譯器為A類準備了一個虛表vtableA，內容如下：

A::f 的地址

A::g 的地址

B因為繼承了A，所以編譯器也為B準備了一個虛表vtableB，內容如下：

A::f 的地址

B::g 的地址

注意：因為B::ｇ是重寫了的，所以B的虛表的g放的是B::g的入口地址，但是f是從上面的A繼承下來的，所以f的地址是A::f的入口地址。然後某處有語句 B bB;的時候，編譯器分配空間時，除了A的int a，B的成員int b；以外，還分配了一個虛指標vptr，指向B的虛表vtableB，bB的布局如下：

vptr ： 指向B的虛表vtableB

int a： 繼承A的成員

int b： B成員

當如下語句的時候：
A *pa = &bB;

pa的結構就是A的布局（就是說用pa只能訪問的到bB對象的前兩項，訪問不到第三項int b）
那麼pa->g()中，編譯器知道的是，g是一個聲明為virtual的成員函數，而且其入口地址放在表格（無論是vtalbeA表還是vtalbeB表）的第2項，那麼編譯器編譯這條語句的時候就如是轉換：call (pa->vptr)[1]（C語言的數組索引從0開始哈~）。
這一項放的是B：：g()的入口地址，則就實現了多態。（注意bB的vptr指向的是B的虛表vtableB）
另外要注意的是，如上的實現並不是唯一的，C++標準只要求用這種機制實現多態，至於虛指標vptr到底放在一個物件版面配置的哪裡，標準沒有要求，每個編譯器自己決定。我以上的結果是根據g++ 4.3.4經過反組譯碼分析出來的。
2、兩種多態實現機制及其優缺點

除了c++的這種多態的實現機制之外，還有另外一種實現機制，也是查表，不過是按名稱查表，是smalltalk等語言的實現機制。這兩種方法的優缺點如下：
（1）、按照絕對位置查表，這種方法由於編譯階段已經做好了索引和表項(如上面的call (pa->vptr[1]） )，所以運行速度比較快;缺點是：當A的virtual成員比較多（比如1000個），而B重寫的成員比較少（比如2個），這種時候，B的vtableＢ的剩下的998個表項都是放Ａ中的virtual成員函數的指標，如果這個派生體系比較大的時候，就浪費了很多的空間。

比如：GUI庫，以MFC庫為例，MFC有很多類，都是一個繼承體系；而且很多時候每個類只是1、2個成員函數需要在衍生類別重寫，如果用Ｃ＋＋的虛函數機制，每個類有一個虛表，每個表裡面有大量的重複，就會造成空間利用率不高。於是ＭＦＣ的訊息映射機制不用虛函數，而用第二種方法來實現多態，那就是：
（２）、按照函數名稱查表，這種方案可以避免如上的問題；但是由於要比較名稱，有時候要遍曆所有的繼承結構，時間效率效能不是很高。（關於MFC的訊息映射的實現，看下一篇文章）
３、總結：
如果繼承體系的基類的virtual成員不多，而且在衍生類別要重寫的部分佔了其中的大多數時候，用C++的虛函數機制是比較好的；但是如果繼承體系的基類的virtual成員很多，或者是繼承體系比較龐大的時候，而且衍生類別中需要重寫的部分比較少，那就用名稱尋找表，這樣效率會高一些，很多的GUI庫都是這樣的，比如MFC，QT

PS 其實，自從電腦出現之後，時間和空間就成了永恒的主題，因為兩者在98%的情況下都無法協調，此長彼消；這個就是電腦科學中的根本瓶頸之所在。軟體科學和演算法的發展，就看能不能突破這對時空權衡了。呵呵

何止電腦科學如此，整個宇宙又何嘗不是如此呢。最基本的宇宙之謎，還是時間和空間~

後記：
有如下代碼：

#include <iostream>using namespace std;class A{public:    //建構函式    A():a(2){    }     virtual void f(){        cout<<"This is Base f()"<<endl;    }    void g(){        cout<<"This is Base g()"<<endl;    }    int a ;};class B : public A{public:    B():b(3){}    void f(){        cout<<"This is Child f()"<<endl;    }    void g(){        cout<<"This is Child g()"<<endl;    }    int b;  };int main(int argc, char const *argv[]){    B b;    A *a = &b;    a->f();    a->g();    cout<<"number a is:"<<a->a<<endl;    cout<<"number b is:"<<b.b<<endl;    return 0;}

結果為：

This is Child f()This is Base g()number a is:2number b is:3

可以看出在使用多態的時候：A *a = &b.若A中的函數是虛函數，那麼該函數可以被覆蓋，如果函數不是虛函數，那麼該函數不會被覆蓋。