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了解C++的封装、继承和多态

2019-09-10

电脑报 2019年25期
关键词:基类子类多态

近期重新看了一下C++,一是感觉清晰了许多,二是觉得若是换个角度看的话,会有不一样的体会,并且也容易记住C++中的一些特性。本文就试图将集合论中的相关知识引入到C++的封装、继承、多态上,让我们对它有个新的认识。

一、封装

C语言中,代码之间的关系都是函数式的调用。这里面牵扯到对数据的操作,若操作的都是局部变量,那一切都太平了。但若是几个函数操作同一个非局部变量,考虑到模块化,那么就要将变量和操作变量的函数整合在一起,这就是C++中的封装。

C++里面引入了class的概念,目的是封装数据和数据上的操作,使其成为一个独立的模块。若是将这个独立的模块(代码和数据)想象成集合,那个class A的集合为:

此时若再引入一个class B,则有下面四种可能性,情况三、四实际上类似。

情况一,只需要封装就足够了。处理情况二、三、四时,为了考虑代码共享,需要引入继承机制。

二、继承

我们先考虑情况二,由于A和B有公共代码(成员函数或者是成员变量),故通常考虑将公共的部分定义为class C,然后由A、B去继承它。

对于情况三、四,我们不需要演变,直接让A继承B,或者B继承A即可。

若此时引入class D,那么情况就会复杂很多。简单起见,以情况二为扩展,考虑添加class D后的某一种。后续你会发现,情况三、四类似。

此时,最合理的方式是引入四個类,class E, class F, class G, class H。E为基类,F、G、H为一级子类、A、B、D为二级子类。

但是,这种解决方案有问题:

1.若是再添加class I,class J,那复杂度就可想而知了。

2.虽然代码冗余是消除了,但是引入了四个类,也着实有点多,更严重的话会导致“类泛滥”。

为了能统一解决添加的类D,我们将图四拆分成D和A,以及D和B的关系。这样就转化为图2中的一种:情况二。

图6中,class H表示D和A的公共部分,class G表示D和B的公共部分。此种解法虽然有代码冗余,但简单了许多,事实上,我们很多时候处理类,就是这么处理的。

在这种情况下,若是添加class I,class J,都可以转化为新添加类和已有类之间的单独关系,即图2中的四种情况。

同时,也可以发现,我们无法在类的继承结构中完全消除代码冗余,原因是多个类的情况下,实在是比较复杂。

当我们在使用这些包含继承结构的类的时候,考虑图2的情况三,若B继承自A,那么实际上B也可以当A用的,这很好理解,本来A就是B的一部分。但若是想让A代表B呢(实际上就是B对象,只是用的时候当A用),为了完美解决这个问题,就要引入多态了。

三、多态

由前面的分析可知,类之间的关系都可以简化为图2的情况。图2的情况三中,A当B用(实际上只有B对象)又分为以下三种情况。第三种情况有点别扭,可能是需求决定的吧。

1.使用B中的A部分。直接使用A操作即可。

2.使用B中的非A部分。需要将A转化为B才可使用。

3.B覆盖定义A的公共接口或者成员变量。当B作为A使用的时候,A中的公共接口或者成员变量是在非A中的,实现这一机制的就是多态。

C++中,基类定义虚函数,子类可以重新实现它,以实现多态。令人奇怪的是,没有虚成员变量的概念,我觉得可能有以下几个原因:

1.没必要提供虚成员变量。父类的成员变量属于存储空间,可以直接用。不像函数,属于代码无法直接替换。

2.可能编译器要实现这个会比较复杂吧。

3.封装的概念是少暴露成员变量,只暴露接口。因此,好的类的设计是没有公共的成员变量的,也就不存在虚成员变量一说了。但是,从完整性的角度而言,应该提供虚成员变量的。

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