C++ 学习笔记（15）面向对象程序设计（类、继承、虚函数、抽象类、using命令、容器与继承）

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C++ 学习笔记（15）面向对象程序设计（类、继承、虚函数、抽象类、using命令、容器与继承）

参考书籍：《C++ Primer 5th》
API：类

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15.1 OOP：概述

• 面向对象程序设计（object-oriented programming）的核心思想：数据抽象、继承、动态绑定。
• 使用基类的引用（或指针）调用一个虚函数时，发生动态绑定（运行时绑定）。

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15.2 定义基类和派生类

15.2.1 定义基类

• 关键字virtual只能出现在类内部的声明语句之前，而不能用于类外部的函数定义。

15.2.2 定义派生类

• 每个类负责定义各自的接口。要想与类的对象交互必须使用该类的接口，即使这个对象是派生类的基类部分。即派生类最后不要直接初始化基类的成员（而是使用基类的接口）。
• final：防止类被继承：class A final { };

15.2.3 类型转换与继承

• 静态表达式：编译时已知，即声明时的类型或表达式生成的类型。
• 动态表达式：运行时才知道，是变量或表达式表示的内存中的对象的类型。
• 不能隐式从基类转换成派生类。可以用static_cast强制转换。
• 如果基类中含有一个或多个虚函数，可以用dynamic_cast请求类型转换。
• 派生类向基类转换只对指针或引用类型有效，如果是对象之间转换，会调用拷贝赋值操作（实现对象的类型转换）。

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15.3 虚函数

• 基类中的虚函数在派生类中隐含地也是一个虚函数。当派生类覆盖了虚函数，函数形参需要严格匹配，但是返回值是相同或者可以隐式转换。

class A
{
public:
    virtual A* function() { return new A(); };
};

class B : public A
{
public:
    B* function() { return new B(); };      // 覆盖了A类的虚构函数，返回值不一定是相同的，但是形参必须匹配
};

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15.4 抽象基类

• 抽象类：含有纯虚函数。不能创建抽象类的对象。
• 纯虚函数：标明=0，无须定义，如果需要，不能在类的内部定义，但可以在类的外部定义。

class A
{
public:
    virtual int func() = 0;     // 纯虚函数。A类就是抽象类了
};

• 重构（refactoring）：负责重新设计类的体系，以便操作数据从一个类移动到另一个类中（如继承类构造函数调用了基类构造函数）。

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15.5 访问控制与继承

• 派生类的成员或友元只能通过派生类对象来访问基类的受保护成员。

class C
{
protected:
    int protMem;
};

class D : public C
{
public:
    void sd() {}
    friend void func(C& c) { c.protMem = 2; }   // 错误，友元不能访问该类的基类的成员。
    friend void func(D& d) { d.protMem = 3; }   // 正确，友元可以访问本类所有成员（包括继承过来的成员）。
};

• 只有派生类public继承基类，才能使用派生类转换成基类。
• 派生类的成员函数和友元，可以用派生类转换成基类。
• 派生类的成员变量和友元，在public或protected继承类时，可以转换成基类，private不能。
• 友元关系不能传递，同样也不能继承。即父类有个友元，但对于子类来说不是友元。
• 可以改变个别成员的访问性，使用using声明。
• 默认情况下，使用class定义的派生类是私有继承的，用struct关键字定义的派生类是公有继承的。

class A
{
public:
    int pub;
protected:
    int pro;
}

class B : private A     // private继承也可以修改成员访问性
{
public :
    using A::pub;
    // using A::pro;    // 但不能修改原有访问性，即使语法正确，但实际还是原来的访问性
protected :
    using A::pro;
}

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15.6 继承中的类作用域

• 如果需要覆盖重载合集（一系列重载虚函数）的一部分，可以使用using语句来覆盖。

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15.7 构造函数与拷贝控制

15.7.1 虚析构函数

• 如果基类的析构函数不是虚函数，则delete一个指向派生对象的基类指针将产生未定义行为。
• 基类通常需要析构函数，而且设定为虚函数。

15.7.2 合成拷贝控制与继承

• 定义基类的方式可能导致派生类成员变成删除的函数：
  
  • 基类的默认构造函数、拷贝操作、析构函数定义为删除或不可访问（private），派生类对应成员也是删除的。因为编译器无法用基类来构造。
  • 基类中有删除或不可访问析构函数，派生类的合成默认构造函数、拷贝构造函数、移动构造函数是删除的。因为编译器无法销毁基类部分。
  • 用=default请求移动操作时，如果基类对应操作是删除或不可访问，派生类定义为删除。

15.7.3 派生类的拷贝控制成员

class Base { ... };
class D : public Base
{
public:
    D(const D& d) : Base(d) { ... }     // 拷贝基类成员
    D(D&& d) : Base(std::move(d)) { ... }   // 移动基类成员
}

15.7.4 继承的构造函数

class B : A
{
public:
    using A::A;     // 继承A的构造函数。
}

• 当一个基类构造函数含有默认实参，这些默认实参不会被继承。而是获得多个构造函数，每个构造函数分别省略掉一个有默认实参的形参。

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15.8 容器与继承

class A
{
public:
    virtual void Output() { cout << "AAA" << endl; }
};

class B : public A
{
public:
    void Output() { cout << "BBB" << endl; }
};

void main()
{
    vector<shared_ptr<A>> vec;      // 也可以是普通指针
    vec.push_back(make_shared<A>());
    vec.push_back(make_shared<B>());
    vec[0]->Output();   // 输出AAA
    vec[1]->Output();   // 输出BBB

    vector<A> vec2;
    vec2.push_back(A());
    vec2.push_back(B());
    vec2[0].Output();   // 输出AAA
    vec2[1].Output();   // 输出AAA，派生部分被忽略
}