C++面向对象

小结

虚函数是virtual声明的。实现动态链接的功能。

纯虚函数是没有函数主体的虚函数。

一、C++ 继承

1.当创建一个类时,新的数据成员和成员函数,只需指定新建的类继承了一个已有的类的成员即可。这个已有的类称为基类,新建的类称为派生类

例子:



2.访问控制和继承


一个派生类继承了所有的基类方法,但下列情况除外:

基类的构造函数、析构函数和拷贝构造函数。

基类的重载运算符。

基类的友元函数。

3.多继承

语法:

class <派生类名>:<继承方式1><基类名1>,<继承方式2><基类名2>,…{<派生类类体>};

例子:


运行结果:

Total area: 35

Total paint cost: $2450

二、C++ 重载运算符和重载函数

在同一个作用域内,可以声明几个功能类似的同名函数,但是这些同名函数的形式参数(指参数的个数、类型或者顺序)必须不同。您不能仅通过返回类型的不同来重载函数。

例子:


结果:

整数为: 5

浮点数为: 500.263

字符串为: Hello C++

三、C++多态

形成多态必须具备三个条件:

1、必须存在继承关系;

2、继承关系必须有同名虚函数(其中虚函数是在基类中使用关键字Virtual声明的函数,在派生类中重新定义基类中定义的虚函数时,会告诉编译器不要静态链接到该函数);

3、存在基类类型的指针或者引用,通过该指针或引用调用虚函数;

举例:



当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:

Parent class area

Parent class area

导致错误输出的原因是,调用函数 area() 被编译器设置为基类中的版本,这就是所谓的静态多态,或静态链接 - 函数调用在程序执行前就准备好了。有时候这也被称为早绑定,因为 area() 函数在程序编译期间就已经设置好了。

但现在,让我们对程序稍作修改,在 Shape 类中,area() 的声明前放置关键字 virtual,如下所示:


修改后,当编译和执行前面的实例代码时,它会产生以下结果:

Rectangle class area

Triangle class area

此时,编译器看的是指针的内容,而不是它的类型。因此,由于 tri 和 rec 类的对象的地址存储在 *shape 中,所以会调用各自的 area() 函数。

正如您所看到的,每个子类都有一个函数 area() 的独立实现。这就是多态的一般使用方式。有了多态,您可以有多个不同的类,都带有同一个名称但具有不同实现的函数,函数的参数甚至可以是相同的。

虚函数

虚函数 是在基类中使用关键字 virtual 声明的函数。在派生类中重新定义基类中定义的虚函数时,会告诉编译器不要静态链接到该函数。

我们想要的是在程序中任意点可以根据所调用的对象类型来选择调用的函数,这种操作被称为动态链接,或后期绑定

纯虚函数

您可能想要在基类中定义虚函数,以便在派生类中重新定义该函数更好地适用于对象,但是您在基类中又不能对虚函数给出有意义的实现,这个时候就会用到纯虚函数。

我们可以把基类中的虚函数 area() 改写如下:

= 0 告诉编译器,函数没有主体,上面的虚函数是纯虚函数

1、纯虚函数声明如下: virtual void funtion1()=0; 纯虚函数一定没有定义,纯虚函数用来规范派生类的行为,即接口。包含纯虚函数的类是抽象类,抽象类不能定义实例,但可以声明指向实现该抽象类的具体类的指针或引用。

2、虚函数声明如下:virtual ReturnType FunctionName(Parameter) 虚函数必须实现,如果不实现,编译器将报错,错误提示为:

error LNK****: unresolved external symbol "public: virtual void __thiscall ClassName::virtualFunctionName(void)"

3、对于虚函数来说,父类和子类都有各自的版本。由多态方式调用的时候动态绑定。

4、实现了纯虚函数的子类,该纯虚函数在子类中就编程了虚函数,子类的子类即孙子类可以覆盖该虚函数,由多态方式调用的时候动态绑定。

5、虚函数是C++中用于实现多态(polymorphism)的机制。核心理念就是通过基类访问派生类定义的函数。

6、在有动态分配堆上内存的时候,析构函数必须是虚函数,但没有必要是纯虚的。

7、友元不是成员函数,只有成员函数才可以是虚拟的,因此友元不能是虚拟函数。但可以通过让友元函数调用虚拟成员函数来解决友元的虚拟问题。

8、析构函数应当是虚函数,将调用相应对象类型的析构函数,因此,如果指针指向的是子类对象,将调用子类的析构函数,然后自动调用基类的析构函数。

四、C++ 数据抽象

数据抽象是指,只向外界提供关键信息,并隐藏其后台的实现细节,即只表现必要的信息而不呈现细节。

数据抽象是一种依赖于接口和实现分离的编程(设计)技术。

举例:遥控器,按键的功能与内部实现细节,相当于内部实现和外部接口分离开了。

            使用的cout,cin,只需要知道接口即可,内部实现不需要管。

1.访问标签强制抽象

在 C++ 中,我们使用访问标签来定义类的抽象接口。一个类可以包含零个或多个访问标签:

        使用公共标签定义的成员都可以访问该程序的所有部分。一个类型的数据抽象视图是由它的公共成员来定义的。

        使用私有标签定义的成员无法访问到使用类的代码。私有部分对使用类型的代码隐藏了实现细节。

2.数据抽象的好处

数据抽象有两个重要的优势:

        类的内部受到保护,不会因无意的用户级错误导致对象状态受损。

        类实现可能随着时间的推移而发生变化,以便应对不断变化的需求,或者应对那些要求不改变用户级代码的错误报告。

3.数据抽象的实例


运行结果:

Total 60

上面的类把数字相加,并返回总和。公有成员 addNum 和 getTotal 是对外的接口,用户需要知道它们以便使用类。私有成员 total 是用户不需要了解的,但又是类能正常工作所必需的。

五、C++ 数据封装

所有的 C++ 程序都有以下两个基本要素:

        程序语句(代码):这是程序中执行动作的部分,它们被称为函数。

        程序数据:数据是程序的信息,会受到程序函数的影响。

        封装是面向对象编程中的把数据和操作数据的函数绑定在一起的一个概念,这样能避免受到外界的干扰和误用,从而确保了安全。数据封装引申出了另一个重要的 OOP 概念,即数据隐藏

        数据封装是一种把数据和操作数据的函数捆绑在一起的机制,数据抽象是一种仅向用户暴露接口而把具体的实现细节隐藏起来的机制。

        C++ 通过创建来支持封装和数据隐藏(public、protected、private)。我们已经知道,类包含私有成员(private)、保护成员(protected)和公有成员(public)成员。默认情况下,在类中定义的所有项目都是私有的。例如:


        变量 length、breadth 和 height 都是私有的(private)。这意味着它们只能被 Box 类中的其他成员访问,而不能被程序中其他部分访问。这是实现封装的一种方式。

        为了使类中的成员变成公有的(即,程序中的其他部分也能访问),必须在这些成员前使用 public 关键字进行声明。所有定义在 public 标识符后边的变量或函数可以被程序中所有其他的函数访问。

        把一个类定义为另一个类的友元类,会暴露实现细节,从而降低了封装性。理想的做法是尽可能地对外隐藏每个类的实现细节。

数据封装的实例


运行结果:

Total 60

六、C++ 接口(抽象类)

        接口描述了类的行为和功能,而不需要完成类的特定实现。

        C++ 接口是使用抽象类来实现的,抽象类与数据抽象互不混淆,数据抽象是一个把实现细节与相关的数据分离开的概念。

        如果类中至少有一个函数被声明为纯虚函数,则这个类就是抽象类。纯虚函数是通过在声明中使用 "= 0" 来指定的,如下所示:



        设计抽象类(通常称为 ABC)的目的,是为了给其他类提供一个可以继承的适当的基类。抽象类不能被用于实例化对象,它只能作为接口使用。如果试图实例化一个抽象类的对象,会导致编译错误。

        因此,如果一个 ABC 的子类需要被实例化,则必须实现每个虚函数,这也意味着 C++ 支持使用 ABC 声明接口。如果没有在派生类中重载纯虚函数,就尝试实例化该类的对象,会导致编译错误。

        可用于实例化对象的类被称为具体类

1.抽象类的实例

        请看下面的实例,基类 Shape 提供了一个接口 getArea(),在两个派生类 Rectangle 和 Triangle 中分别实现了 getArea():



当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:


        从上面的实例中,我们可以看到一个抽象类是如何定义一个接口 getArea(),两个派生类是如何通过不同的计算面积的算法来实现这个相同的函数。

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