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（十五）面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)

15.1 OPP：概述

數(shù)據(jù)抽象（分離接口和實(shí)現(xiàn)）鹊漠、繼承（可定義相似的類型）、動(dòng)態(tài)綁定（可在一定程度上忽略相似類型的區(qū)別母赵，而以統(tǒng)一的方式使用它們的對象）

• 繼承

1.有一個(gè)基類驾中，其他類則直接或間接地從基類繼承而來闷供，這些繼承得到的類為派生類。
2.基類負(fù)責(zé)定義在層次關(guān)系中所有類共同擁有的成員废赞，而每個(gè)派生類定義各自特有的成員虎眨。

• 繼承舉例

書店中不同的書籍定價(jià)策略不同弟劲，有些書是原價(jià)出售祷安，有些打折，還有些買夠100本打折兔乞，還有些前50名購買的顧客打折汇鞭。。庸追。
建模：首先我們定義一個(gè)名為Quote的類作為基類霍骄，它的對象表示按原價(jià)出售的書。Quote派生出一個(gè)Bulk_quote的類锚国，表示可以打折的書籍腕巡。

基類和派生類都將包括下面的兩個(gè)成員函數(shù)：

1.isbn()，返回書籍的ISBN號(hào)血筑，因?yàn)樵摬僮鞑簧婕芭缮惖奶厥庑曰娉粒虼硕x在基類Quote中煎楣。
2.net_price(size_t)，返回書籍的實(shí)際銷售價(jià)格车伞，前提是用戶購買的數(shù)量達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)择懂。這個(gè)操作顯然是類型相關(guān)的，基類和派生類應(yīng)都有各自的這個(gè)函數(shù)另玖。

基類會(huì)將這兩種函數(shù)區(qū)別對待:

1.派生類不做改變直接繼承的函數(shù)(isbn)
2.類型相關(guān)的函數(shù)(net_price),基類把該函數(shù)聲明為虛函數(shù)(virtual function)困曙。

• 虛函數(shù)

1. 基類希望派生類定義自己版本的函數(shù)，聲明的返回類型前加virtual谦去。
2. 虛函數(shù)在派生類中隱式為虛函數(shù)慷丽，可不加virtual；
3. 每個(gè)派生類中用于覆蓋的虛函數(shù)鳄哭，在聲明后必須定義要糊；
4. 聲明時(shí)可在形參列表后加override編譯檢測。override表明這個(gè)函數(shù)改寫自基類的虛函數(shù)

• 基類

class Quote {
public:
    string isbn() const;//派生類不做改變直接繼承的
    virtual double net_price(size_t n) const;//類型相關(guān)的函數(shù)聲明為虛函數(shù)
};

• 派生類

class Bulk_quote : public Quote {//Bulk_quote繼承了Quote public:訪問說明符號(hào)
public:
    double net_price(size_t n) const override;//override表明這個(gè)函數(shù)改寫自基類的虛函數(shù)
    //當(dāng)然妆丘，這里只寫了函數(shù)聲明锄俄，還沒定義實(shí)現(xiàn)它們。
};

• 動(dòng)態(tài)綁定
  通過動(dòng)態(tài)綁定勺拣，我們就可只用一段代碼來分別處理Quote和Bulk_quote的對象

注意到我們傳入的item的方式是引用奶赠，因?yàn)樵贑++中，只有當(dāng)我們使用基類的引用或指針調(diào)用一個(gè)虛函數(shù)時(shí)才會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)綁定药有。
過程中函數(shù)的運(yùn)行版本由實(shí)參(item)決定毅戈，是在運(yùn)行時(shí)選擇函數(shù)的版本，所以動(dòng)態(tài)綁定也叫運(yùn)行時(shí)綁定塑猖。

//已知購買書籍和購買數(shù)量竹祷，計(jì)算并返回總費(fèi)用
double print_total(osteam &os, const Quote &item, size_t n)
{
    double ret = item.net_price(n); //這個(gè)item就可以作為動(dòng)態(tài)綁定的依據(jù)，是不是很強(qiáng)
    return ret;
}

15.2 定義基類和派生類

15.2.1 定義基類Quote

基類應(yīng)該都要定義一個(gè)虛析構(gòu)函數(shù)

class Quote {
public:
    Quote() = default;//強(qiáng)行要求合成默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)
    Quote(const string& book, double sales_price) :bookNo(book), price(sales_price) {}
    string isbn() const { return bookNo; }
    //返回給定數(shù)量的書籍銷售總額
    //派生類通過改寫 使用不同的折扣計(jì)算算法
    virtual double net_price(size_t n) const
    {
        return n * price;
    }
    //對析構(gòu)函數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)綁定羊苟，因?yàn)榕缮惪赡苄枰尫牌渌麅?nèi)存或其他操作
    //后面會(huì)詳細(xì)介紹，基類應(yīng)該都要定義一個(gè)虛析構(gòu)函數(shù)
    virtual ~Quote() = default;
private:
    string bookNo;//書籍ISBN編號(hào)
protected: //讓派生類訪問感憾，但是不讓其他用戶訪問
    double price = 0.0; //不打折的價(jià)格

};

15.2.2 定義派生類Bulk_quote

派生類必須將其繼承而來的成員函數(shù)中需要覆蓋的蜡励，進(jìn)行重新聲明。
因此阻桅，我們的Bulk_quote類必須包含一個(gè)net_price成員：

class Bulk_quote : public Quote {//Bulk_quote繼承了Quote
public:
    Bulk_quote() = default;
    //要覆蓋基類的成員變量凉倚，并可添加新的成員變量
    Bulk_quote(const string&, double, size_t, double);
    double net_price(size_t n) const override;//override表明這個(gè)函數(shù)改寫自基類的虛函數(shù)
    //當(dāng)然，這里只寫了函數(shù)聲明嫂沉，還沒定義實(shí)現(xiàn)它們稽寒。
private:
    size_t  min_qty = 0;//適用折扣政策的最低購買量
    double discount = 0.0;//以小數(shù)表示的折扣
};

• 派生類中的虛函數(shù)

雖然我們經(jīng)常會(huì)覆蓋派生類繼承的虛函數(shù)，不一定要覆蓋趟章。

• 派生類對象
  一個(gè)派生類對象可以看成由兩部分組成：

1.從基類繼承的部分：bookNo, price
2.自己定義的部分：minqty, discount

• 派生類向基類的類型轉(zhuǎn)換

簡單地說：因?yàn)榕缮惱^承了基類杏糙，所以用到基類的地方都可以用派生類代替慎王。

• 派生類構(gòu)造函數(shù)

派生類構(gòu)造函數(shù)：每個(gè)類控制自己成員的初始化，派生類必須使用基類的構(gòu)造函數(shù)初始化基類部分宏侍，沒有顯示初始化的部分都會(huì)執(zhí)行默認(rèn)初始化

Bulk_quote(const string& book, double p, size_t qty, double disc) :Quote(book,p),min_qty(qty),discount(disc){}

• 派生類使用基類的成員

派生類可以訪問基類的公有成員和受保護(hù)成員赖淤。
派生作用域嵌套在基類作用域內(nèi)

double net_price(size_t cnt) const override
    {   
        if (cnt >= min_qty)
            return cnt * (1 - discount) * price;
        else
            return cnt * price;
    }

• 繼承與靜態(tài)成員

如果基類定義了一個(gè)靜態(tài)成員，那么整個(gè)繼承體系中只存在靜態(tài)成員的唯一定義

• 派生類的聲明

聲明語句的目的是：讓程序知道某個(gè)名字的存在以及該名字表示一個(gè)什么樣的實(shí)體谅河，而派生列表沒有這個(gè)作用咱旱，它是定義的一部分。所以绷耍，派生列表以及與定義有關(guān)的其他細(xì)節(jié)必須與類的主體
派生類聲明中不準(zhǔn)出現(xiàn)派生列表：

class Bulk_quote : public Quote //錯(cuò)誤
class Bulk_quote; //正確

• 被用作基類的類

如果我們想將某個(gè)類作為基類吐限，那么它應(yīng)該已經(jīng)定義好了，而不是就聲明而已褂始。有一層隱含意思：一個(gè)類不能派生它自己诸典。
派生是可以多層的 直接基類出現(xiàn)在派生列表中

class Base{}; //假裝定義好了
class D1 : public Base{};
class D2 : public D1{};
//Base是D1的直接基類，是D2的間接基類

• 防止被繼承

在類名或函數(shù)形參列表后加final關(guān)鍵字病袄，可防止其他類再繼承它搂赋。

class NoDerived final{}; //加個(gè)final就OK
class Last final :Base {};

15.2.3 類型轉(zhuǎn)換與繼承

理解基類和派生類之間的類型轉(zhuǎn)換是理解C++語言面向?qū)ο缶幊痰年P(guān)鍵所在。
可以將基類的引用和指針綁定到派生類對象上益缠。

• 靜態(tài)類型

編譯時(shí)可知脑奠，是變量聲明時(shí)的類型或表達(dá)式生成的類型。

• 動(dòng)態(tài)類型

運(yùn)行時(shí)才知幅慌，是變量或表達(dá)式表示的內(nèi)存中的對象的類型宋欺。

我們知道item的靜態(tài)類型是Quote&，但它的動(dòng)態(tài)類型依賴于item綁定的實(shí)參胰伍，這個(gè)是在運(yùn)行時(shí)調(diào)用該函數(shù)才會(huì)知道齿诞，比如，傳遞一個(gè)Bulk_quote對象給print_total（見下方代碼）骂租，則item的靜態(tài)類型和動(dòng)態(tài)類型將不一致祷杈，動(dòng)態(tài)類型為Bulk_quote。

double print_total(osteam &os, const Quote &item, size_t n)
{
    double ret = item.net_price(n); 
    return ret;
}

基類的指針或引用的靜態(tài)類型可能與動(dòng)態(tài)類型不一致渗饮，若表達(dá)式不是指針或引用則一定一致但汞。

• 存在從派生類向基類的隱式類型轉(zhuǎn)換

引用、內(nèi)置指針和智能指針都支持派生類向基類的轉(zhuǎn)換互站。

• 不存在從基類向派生類的隱式類型轉(zhuǎn)換

之所以存在派生類向基類的類型轉(zhuǎn)換私蕾，是因?yàn)槊總€(gè)派生類對象都包含一個(gè)基類部分。因?yàn)橐粋€(gè)基類的對象可能是派生類對象的一部分胡桃，也可能不是踩叭，所以不存在從基類向派生類的自動(dòng)類型轉(zhuǎn)換。

但對于C++來說，可以顯示類型轉(zhuǎn)換嘛：含有虛函數(shù)的基類可使用dynamic_cast請求一個(gè)類型轉(zhuǎn)換容贝，該轉(zhuǎn)換的安全檢查將在運(yùn)行時(shí)執(zhí)行自脯。如果我們確定某個(gè)基類向派生類的轉(zhuǎn)換是安全的，可使用static_cast強(qiáng)制覆蓋掉編譯器的檢查工作嗤疯。