4.   类与面向对象编程

4.1 类接口与实现的概念：

每个类都定义了一个接口(可以不是很确切的理解为类中访问级别为public的函数为接口)和一个实现。接口由使用该类的代码需要执行的操作组成。实现一般包括该类所需要的数据。实现还包括定义该类需要的但又不供一般性使用的函数。

定义类时，通常先要定义该类的接口，即该类所提供的操作。通过这些操作，可以决定该类完成其功能所需要的数据，以及是否需要定义一些函数来支持该类的实现。

public派生类继承基类的接口，它具有与基类相同的接口。设计良好的类层次中，public派生类的对象可以用在任何需要基类对象的地方。

4.2 用struct关键字与class关键定义类以及继承的区别

(1)定义类差别

struct关键字也可以实现类，用class和struct关键字定义类的唯一差别在于默认访问级别：默认情况下，struct成员的访问级别为public，而class成员的为private。语法使用也相同，直接将class改为struct即可。

(2)继承差别

使用class保留字的派生类默认具有private继承，而用struct保留字定义的类某人具有public继承。其它则没有任何区别。

class Base{ /*....*/};

struct  D1: Base{ /*......*/} ;    // 默认是public继承

class  D2: Base{/*.......*/};  // 默认是private继承

4.3 类设计与protected成员

可以认为protected访问标号是private和public的混合：

(1)像private成员一样，protected成员不能被类的用户访问

(2)像public成员一样，protected成员可以被该类的派生类访问。

例如：

class Base

{

.........

protected:

int price;

};

class Item_Base :public Base

{

......................

};

Base   b;

Item_Base d;

b.price;  // error

d.price: // OK

小结(帮助理解为什么设置protected类型)： 如果没有继承，类只有两种用户：类本身的成员以及该类的用户，将类划分为private和public访问级别反映了用户类型的这一分割：用户只能访问public接口，类成员和友元既能访问public成员也能访问private成员。

有了继承，就有了第三种用户：从派生类定义新类的程序员。派生类提供者通常(但不总是)需要访问(类型为private的)基类实现(见4.1实现概念)。为了允许这种访问而仍然禁止对实现的一般访问。所以提供了附加的protected访问标号。类的protected部分仍然不能被一般程序访问，但可以被派生类访问。

定义基类时，将成员设置为public的标准并没有改变：仍然是接口函数应该为public而数据一般不应为public。被继承的类必须决定实现那些部分为protected哪些部分为private。希望禁止派生类访问的成员应该设为private，提供派生类实现所需操作或数据的成员设为protected。换句话说，提供给派生类的接口是protected成员和public成员的组合。

4.4  派生类与虚函数概述

(1)定义为virtual的函数是希望派生类重新定义。希望派生类继承的函数不能定义为虚函数。如果派生类没有重新定义某个虚函数，则在调用的时候会使用基类中定义的版本。

(2)派生类中函数的声明必须与基类中定义的方式完全匹配，但有一个例外：返回对基类类型的引用(或指针)的虚函数。派生类中的虚函数可以返回基类函数所返回类型的派生类的引用(或指针)。比如：Item_base类可以定义返回Item_base*的函数。如果这样，派生类Bulk_item类中定义的实例可以定义返回为Item_base*或者Bulk_item*

(3) 一旦函数在基类中声明为虚函数，它就一直为虚函数，派生类无法改变该函数为虚函数这一事实。派生类重新定义虚函数时，可以使用virtual保留字，也可以省略。

4.5 virtual 函数详解(待更新)

要触发动态绑定，必须满足两个条件：第一：只有指定为虚函数的成员函数才能进行动态绑定。第二，必须通过基类类型的引用或者指针进行函数调用。下面重点讲下第二个条件。

由于每个派生类都包含基类部分，所以可将基类对象引用或者指针绑定到派生类对象的基类部分(派生类对象本身不会改变)。如下：

double print_total(const Item_base&, size_t);

Item_base item;

print_total(item, 10); // OK

Bulk_item bulk;

print_total(bulk, 10); // OK  引用bulk中Item_base的部分。

Item_base *item = &bulk; // OK , 指针指向bulk 的Item_base部分。

通过引用或者指针调用虚函数时，编译器将生成代码，在运行时确定调用哪个函数。比如：

假定print_total 为虚函数，在基类Item_base 和派生类Bulk_item中都有定义。

函数原型：void print_total(ostream& os, const Item_base &item, size_t n);

Item_base base;

Bulk_item derived;

print_total(count, base, 10); // 将调用基类Item_base中的print_total函数

print_total(count, derivede,10); // 将调用派生类中的print_total 函数。

在某些情况下，希望覆盖虚函数的机制并强制函数使用虚函数的特定版本，这时可以使用作用域操作符。

Item_base *baseP = &derived;

double d = baseP->Item_base::net_price(42);

这段代码将强制把net_price调用确定为Item_base中版本(在编译时确定)。

小结：引用和指针的静态类型与动态类型可以不同，这是C++支持多态性的基石。当通过基类引用或者指针滴哦啊用基类中定义的函数时，我们并不知道执行函数的对象的确切类型，执行函数的对象可能是基类类型的，也可能是派生类类型的。

如果调用非虚函数，则无论实际对象是什么类型，都执行基类中所定义的哦函数。如果调用虚函数，则直到运行时才能确定调用哪个函数。

4.5 派生类到基类的转换： C++ primer 488 没有想好怎么整理

4.6 基类与派生类中构造函数和复制控制：

构造函数和复制控制成员不能被继承，每个类定义自己的构造函数和复制控制成员，如果不定义，则编译器将合成一个。

继承对基类中构造函数的唯一影响是，某些类需要只希望派生类使用的特殊构造函数，这样的构造函数应该定义为protected。

4.6.1 派生类构造函数

派生类构造函数受继承关系的影响，每个派生类构造函数除了初始化自己的数据成员之外，还要初始化基类。对于合成的派生类默认构造函数，先调用基类的默认构造函数初始化(问题，如果基类没有定义默认构造函数咋整，要试验下) 再默认初始化自己的对象成员。。。。。

具体语法参见P491 c++ primer

4.6.2 派生类析构函数

派生类析构函数不负责撤销基类对象的成员。编译器总是显式调用派生类对象基类部分的析构函数。每个析构函数只负责清除自己的成员：

class Derived: public Base

{

// Base::~Base()函数会自动被调用

~Derived();

}

对象的撤销顺序与构造顺序相反：首先运行派生类析构函数，然后按照继承层次依次向上调用各基类的析构函数。

4.6.3 虚析构函数

当阐述指向动态分配对象的指针时，需要运行析构函数在释放对象之前清除对象。如果把析构函数设置为虚函数，运行哪个析构函数将因指针所指向对象类型的不同而不同：

Item_base *itemP = new Item_base;

delete itemP;  //  基类的析构函数被调用

itemP = new Bulk_item;

delete itemP; // 派生类的析构函数被调用

如果不把析构函数定义为虚函数，则会一直调用基类的析构函数，从而引发程序异常。

像其他虚函数一样，析构函数的虚函数性质将继承，因此，如果层次中根类的析构函数为虚函数，则派生类析构函数也将是虚函数，无论派生类显式定义析构函数还是使用合成析构函数，派生类析构函数都是虚函数。

构造函数不是虚函数： 构造函数实在对象完全构造之前运行的，在构造函数运行的时候，对象的动态类型还不够完整(待理解)，所以构造函数不是虚函数。

4.7 继承情况下的类的作用域

继承层次中函数调用遵循以下四个步骤：

(1)首先确定进行函数调用的对象，引用或者指针的静态类型。

(2)在该类中查找函数，如果找不到，就直接在基类中查找，如此循环着类的继承链往上找，直到找到该函数或者查找完最后一个类。如果不能再类或者相关基类中找到该名字，则调用是错误的。

(3)一旦找到了该名字，进行常规类型检查(参数类型检查等)，查看该函数调用是否合法

(4) 假定函数调用合法，编译器就生成代码，如果函数是虚函数并且通过引用或者指针调用，则编译器生成代码以确定根据对象的动态类型运行哪个函数版本，否则，编译器生成代码直接调用函数。

举例1：

Bulk_item bulk;

cout << bulk.book();

book 的使用将这样确定：

(1) bulk 是Bulk_item 类对象，在Bulk类中查找，找不到名字book  ( 根据上面第一步，确定静态类型为Bulk_item, 然后进入第二步)

(2)因为从Item_base派生Bulk_item, 所以接着在Item_base类中查找，找到book ，名字成功确定。

举例2：

struct Base

{

int menfcn();

};

struct Derived: Base

{

int menfcn(int);

};

Derived d; Base b;

b.memfcn();      // 调用基类的函数

d.menfcn(10);  // 调用派生类函数

d.menfcn();       // 错误：

d.Base::menfcn();   // 调用基类函数

第三个调用中出现错误，原因是，Derived中的么么fcn声明隐藏了Base中的声明。 原因是，根据上面规则，一旦找到了名字，编译器就不会再继续查找了。而是进行常规检查，由于调用与Derived中的memfcn不匹配，该定义希望接受int实参，而这个函数调用没有提供那样的实参，所以错误

如果派生类重新定义了重载成员，则通过派生类行只能访问派生类中重新定义的那些成员。

举例3： 通过基类指针或者引用调用

假定print_total 为虚函数，在基类Item_base 和派生类Bulk_item中都有定义。

函数原型：void print_total(ostream& os, const Item_base &item, size_t n);

Item_base base;

Bulk_item derived;

print_total(count, base, 10); // 将调用基类Item_base中的print_total函数

print_total(count, derivede,10); // 将调用派生类中的print_total 函数。

如果print_total 不是虚函数，根据上面的步骤，将直接调用基类Item_base中的print_total 版本

由于print_total中 第二个参数的静态类型为Item_base 所以根据规则(1),先Item_base 中查找print_total , 然后进行常规检查，参数没有错，由于函数是虚函数之后根据规则(4), print_total(count, base, 10);用基类Item_base中的print_total函数，print_total(count, derivede,10);，调用派生类中的print_total 函数。

现在可以理解为什么虚函数在基类和派生类中拥有同一原型了，如果没有同一原型，比如基类与派生类中参数不同，根据规则3，确定基类中参数没有问题时，如果根据规则4 实际调用的是派生类中的函数时由于参数不同就会出现错误。

4.8 细节知识点

4.8.1 explicit关键字

我们可以将构造函数声明为explicit，来防止在需要隐式转换的上下文中使用构造函数。例如

class Sales_item

{

public:

Sales_item(const string &book = ""):isbn(book),units_sold(0){}

bool same_isbn(const Sales_item &rhs) const;

};

每个构造函数都定义了一个隐式转换。因此，在期待一个Sales_item类型对象的地方，可以使用一个string或者istream：如下

string null_book = "9-1111-1111";

item.same_isbn(null_book);

以上程序中，本来程序期待一个Sales_item对象作为实参，编译器使用接受一个string的Sales_item构造函数从null_book生成一个新的Sales_item对象，新生成的临时的Sales_item对象被传递给same_isbn。

如果我们不想要编译器隐式的转换，可以将构造函数声明为explicit。 注意的是explicit关键字只能用于类内部的构造函数声明上。在类定义外部所作的定义中不再重复它。 比如以下是错误的.

explicit Sales_item:: sales_item(istream& is)    //错误，explicit只在类内构造函数的声明上

{

。。。。。。

}

加上explicit关键字后，以下就不能编译通过

item.same_isbn(null_book); // error：string constructor is explicit

当然我们可以显式的使用构造函数来生成转换,如下

item.same_isbn(Sales_item(null_book));  // OK

总结：通常，除非有明显的理由需要隐式转换，否则，构造函数应该为explicit。 将构造函数设置为explicit可以避免错误，并且当转换有用时用户可以显式的构造对象

4. 9 虚函数与纯虚函数区别

(1)虚函数在子类里面也可以不重载的；但纯虚必须在子类去实现

(2)带纯虚函数的类叫虚基类，这种基类不能直接生成对象，而只有被继承，并重写其虚函数后，才能使用。这样的类也叫抽象类。虚函数是为了继承接口和默认行为