C++讀書筆記 關於繼承

標籤：

最近在看 C++，再細讀關於物件導向的一些知識點，好記性不如爛筆頭，就歸類總結一下。

物件導向中，繼承是非常重要的基礎概念。從已有的類派生出新的類，就可對原有的類進行擴充和修改。

稱已有的類為基類，繼承出來的類叫做衍生類別。

 

什麼時候使用繼承呢？ 如果兩個對象是is－a關係，則可以用繼承。

比如水果與蘋果。蘋果 （is－a） 水果，這時候 水果是基類，蘋果則是水果的衍生類別。

如果不是（is－a）關係，最好不要用繼承。比如下面的關係例子。

has－a         午餐 （has－a） 水果，但是午餐 ！（is－ a ）水果。所以不合適繼承

is－like－a    敵人（is－like－a）豺狼，但是敵人 ！（is－ a ）豺狼。所以不適合繼承。

is－implemented－as－a  數組（is－implemented－as－a）堆棧，但是 數組 ！（is－ a ）堆棧。所以不適合繼承。

uses－a      電腦（uses－a）印表機，但是 電腦 ！（is－ a ）印表機。所以不適合繼承。

 

繼承實現很簡單，但是要管理好繼承類之間的關係，卻是件比較複雜的事情。

涉及到構造解構函式，虛函數&虛函數表，靜態聯編&動態聯編，抽象基類，動態記憶體分配等。

如果不瞭解這些機制，設計的類之間就會出現一些和自己原有意圖違背的運行錯誤，以及記憶體流失。

 

• 基礎實現

繼承的基本實現非常簡單。文法就是定義類時，定義類class MyClass的後面 接上":  修飾符 基類名"即可。

修飾符有 public, private, protect 3種。這3個修飾符分別表示了C++的3種繼承方式：公有繼承，私人繼承，保護繼承。

比如SimpleClass繼承了BaseClass, 「class SimpleClass : public BaseClass」並且修飾符為public,表明是公有繼承。

 

公有繼承也是最常用的方式。

關於修飾符，遵循一個基本規則，不論哪種繼承方式，基類的私人成員，私人函數在衍生類別中都是不可見的。

想訪問他們，只能通過基類提供公有或者保護方法去訪問。

通過3種繼承方式，原有基類的成員訪問屬性也會發生變化。

公有繼承：衍生類別公有繼承基類後，基類的成員和函數的訪問限制在衍生類別中不變。

               基類原來是public，到了衍生類別裡還是public。

私人繼承：衍生類別私人繼承基類後，基類的成員和函數的訪問限制在衍生類別全部變成私人。

              所以如果私人繼承一個基類，就相當於完全隱藏了基類中的所有成員和函數。

保護繼承：衍生類別私人繼承基類後，基類的成員和函數的public訪問限制在衍生類別全部變成protect。

              基類中的private還是繼續保持private。 

 

關於protect屬性的注意點，類資料成員一般推薦用private，而不用protect或者public。

理由是用protect的話，衍生類別可以直接存取修改基類的資料成員。

成員函數用protect限定比較有用，使此成員函數只對衍生類別公開，對公眾保持隱秘。

 

• 建構函式與解構函式

衍生類別需要有自己的建構函式，如果你沒有看到建構函式，那隻是編譯器悄悄用預設的建構函式了。

衍生類別一定會調用基類的建構函式！ 那麼調用基類的那個建構函式呢？ 答案很簡單，你指定哪個就是哪個，如果你太懶不指定，那就調用預設的建構函式。

那如何指定呢？用成員初始化列表句法即可。

比如有一個藝術家類，記錄藝術家的姓名，年齡。藝術家類派生出一個畫家類。

畫家除了有藝術家的姓名，年齡的基本屬性外，還設定一個畫作類別屬性，表示畫家最擅長的畫是油畫，中國畫，水彩畫之中的某一種。

 

#ifndef __CJiaJia__Artist__#define __CJiaJia__Artist__#include <iostream>
using namespace std;enum  {LIM = 20};class  Artist{private:    char  firstname[LIM]; //所有藝術家都應該有一個姓名    char  lastname[LIM];    unsigned int age; //所有藝術家都有自己的年齡    public:    Artist (const char *fn = "none", const char *ln = "none", unsigned int age = 5); //建構函式    void showName() const; //顯示藝術家的姓名    int  getAge() const { return age; }; //獲得藝術家的年齡    void setAge(int age) { this->age = age; }; //設定藝術家的年齡};class Painter : public Artist{private:    char category[LIM]; //顯示畫家的畫作種類。如水墨畫，油畫，水彩畫等    public:    Painter(const char *ct, const char *fn, const char *ln, unsigned int age); //建構函式1    Painter(const char *ct, const Artist & art); //建構函式2    char getCategory() const; //取得畫家的繪畫種類    void setCategory(const char *ct); //設定畫家的繪畫種類};

#endif /* defined(__CJiaJia__Artist__) */

#include "Artist.h"Artist::Artist (const char *fn, const char *ln, unsigned int ag){    strncpy(firstname, fn, LIM - 1);    firstname[LIM - 1] = ‘\0‘;    strncpy(lastname, ln, LIM - 1);    lastname[LIM - 1] = ‘\0‘;    age = ag;}void Artist::showName() const{    cout << firstname <<" "<< lastname<< endl;}Painter::Painter(const char *ct, const char *fn, const char *ln, unsigned int age): Artist( fn, ln, age){    strncpy(category, ct, LIM - 1);    category[LIM - 1] = ‘\0‘;}Painter::Painter(const char *ct, const Artist & art): Artist(art){    strncpy(category, ct, LIM - 1);    category[LIM - 1] = ‘\0‘;}

藝術家類的構造方法裡，指定了藝術家的姓名，年齡。畫家類同樣擁有姓名，年齡，還特別記錄了擅長的畫作類別。

畫家類的建構函式1裡，用初始化成員列表顯式調用藝術家類的建構函式 Artist( fn, ln, age )。

Painter::Painter(const char *ct, const char *fn, const char *ln, unsigned int age): Artist( fn, ln, age)

畫家類的建構函式2裡，將調用Artist類的複製建構函式。在這個例子裡Artist類沒有顯式定義複製建構函式，所以調用其預設的複製建構函式進行淺拷貝即可。

關於複製建構函式，如果Artist類裡面有成員變數指標通過new申請了記憶體，則需要顯式定義Artist類的複製建構函式以對此成員進行深拷貝。

Painter::Painter(const char *ct, const Artist & art): Artist(art)

•  基類和衍生類別之間的特殊關係

衍生類別可以使用基類的非私人方法。

Painter chinesePainter("中國畫", "潘", "天壽", 74);

chinesePainter.showName();

基類指標可以在不進行顯式類型轉換的情況下指向衍生類別對象。基類引用可以在不進行顯式類型轉換的情況下引用衍生類別對象。

這叫向上強制轉換。畫家是藝術家，但是藝術家不是畫家。這和現實邏輯是一樣的。

Painter chinesePainter("中國畫", "潘", "天壽", 74);
Artist & rt = chinesePainter;
Artist * pt = &chinesePainter;
rt.showName();pt->showName();

• 多態公有繼承

同一個方法在衍生類別和基類中可以有不同的行為，取決於調用該方法的對象。

C++有兩種重要的機制實現多態公有繼承。

－ 在衍生類別中重新定義基類的方法

－ 使用虛方法

比如上面的painter類，聲明一個基類的方法。

 void showName() const;  //畫家類也定義一個顯示姓名的方法，同時顯示畫家的畫作類別

 void Painter::showName() const;

{

    cout << firstname<< " "<< lastname<< "擅長" << category << endl;

}

如果不showName不指定為virtual 方法，那麼下面代碼運行情況如下:

Artist  chineseArtist("齊", "白石", 93);
Painter chinesePainter("中國畫", "潘", "天壽", 74);
Artist & art1_ref = chineseArtist;
Artist & art2_ref = chinesePainter;

//如果showName不是vitrual方法
art1_ref.showName(); //使用 Artist::showName()
art2_ref.showName(); //使用 Artist::showName()

//如果showName是vitrual方法
art1_ref.showName(); //使用 Artist::showName()
art2_ref.showName(); //使用 Painter::showName()

 如果一個方法是virtual虛方法，程式會根據引用或者指標指向的對象的類型來選擇方法。

 如果一個方法不是virtual虛方法，程式會根據引用或者指標的類型來選擇方法。

 在基類中如果將方法聲明為虛方法，在衍生類別中即使不明確指定該方法為虛方法，也是虛方法。

 衍生類別方法中若要調用基類的方法，加上域限定修飾符和該方法名調用即可。

 

 按照慣例，基類應該包含一個虛擬解構函式！理由是為了調用相應物件類型的解構函式，然後基類的解構函式會被自動調用。

 如果衍生類別包含了執行某些操作的解構函式，則基類必須有虛擬解構函式，即使該解構函式不執行任何操作。

• 靜態聯編和動態聯編  虛函數表

 程式調用函數時，編譯器決定使用哪個執行代碼塊。根據函數調用去執行特定的代碼塊被稱為聯編。

在編譯過程中，就能完成的聯編稱為靜態聯編。

但是由於c++裡有虛函數的存在，編譯時間期不能確定使用哪個函數，編譯器必鬚生成在程式運行時選擇正確的虛方法的代碼，

這被稱為動態聯編。

什麼時候用動態聯編，什麼時候用靜態聯編呢？ 非虛方法用靜態聯編，虛方法用動態聯編。

 

大多數時候，動態聯編很好，它可以讓程式選擇為特定類型設計的方法。

但是編譯器預設還是使用靜態聯編。理由在於效率，為了使程式在運行階段決心決策，編譯器必須採取一些方法來跟蹤基類指標（虛函數表），增加額外的開銷。

大神說C++的指導原則之一就是，不要為不使用的特性付出代價（記憶體或者處理時間）。

所以如果要在衍生類別中重新定義基類的方法，則將它設定為虛方法，否者則應該設為非虛方法。

 

編譯器處理虛函數的方法，就是給每個對象添加一個隱藏成員。隱藏成員中儲存了一個指向函數地址數組的指標。

這個數組就稱為虛函數表(virtual function table, vtbl)。虛函數表中儲存了為類對象進行聲明的虛函數的地址。

可以看出虛函數定義得越多，數組就越大。調用虛函數時，編譯器會到表中去尋找函數的地址。

 

• 防止重定義

 如果在畫家類中重新了如下的方法 void showName(int type) const ，那麼Artist類的showName() 將被隱藏。

 畫家類調用showName()時，就會出現編譯錯誤。

 void showName(int type) const;  //畫家類也定義一個顯示姓名的方法，同時顯示畫家的畫作類別

 void Painter::showName(int type) const;

{

    cout << firstname<< " "<< lastname<< "擅長" << category << endl;

}

所以總結2條經驗規則：

1. 重新定義繼承的方法應該和基類的原型完全相同。 例外情況是函數的傳回值如果是基類的引用或指標，將其修改為指向衍生類別的引用或指標是OK的。

    這個特性叫傳回型別協變( covariance of return type)。

2.  如果基類中的函數重載了，衍生類別中又想重新定義它們的實現，那麼應在衍生類別中重新定義所有的基類版本。

     如果偷懶只定義一個版本，另外的重載版本將被隱藏。

• 抽象基類（ABC）

定義抽象類別的原因是，一些雖然是is－a的關係通過繼承出來，解決問題的效率卻不高。

比如圓和橢圓。圓只需要半徑值 就可以描述大小和形狀，不需要長半軸a和短半軸b。當然也可以通過將同一個值賦給成員a和b來照顧這種情況，但是導致資訊冗餘沒有必要。

這時候可以把圓和橢圓的共性放到一個ABC中，從該ABC派生出圓和橢圓類。

從文法上來說，至少有一個純虛函數的類即為抽象類別，不能建立抽象類別的執行個體對象。

純虛函數就是在虛函數結尾加個 =0 ,即表明該函數是純虛函數。

比如virtual double Area() const = 0;

• 動態記憶體分配

如果類成員通過new進行初始化，那麼則要定義相關的複製建構函式，重載賦值操作符＝。

 

暫時就寫這麼點了。。。

 

C++讀書筆記 關於繼承