C++之面向對象的三個基本特征

来源:http://www.cnblogs.com/iloverain/archive/2016/08/05/5726752.html
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三大特性是：封裝,繼承,多態 所謂封裝 就是把客觀事物封裝成抽象的類，並且類可以把自己的數據和方法只讓可信的類或者對象操作，對不可信的進行信息隱藏.封裝是面向對象的特征之一，是對象和類概念的主要特性. 簡單的說，一個類就是一個封裝了數據以及操作這些數據的代碼的邏輯實體。在一個對象內部，某些代碼或某些 ...


三大特性是：封裝,繼承,多態  

所謂封裝 就是把客觀事物封裝成抽象的類，並且類可以把自己的數據和方法只讓可信的類或者對象操作，對不可信的進行信息隱藏.封裝是面向對象的特征之一，是對象和類概念的主要特性. 簡單的說，一個類就是一個封裝了數據以及操作這些數據的代碼的邏輯實體。在一個對象內部，某些代碼或某些數據可以是私有的，不能被外界訪問。通過這種方式，對象對內部數據提供了不同級別的保護，以防止程式中無關的部分意外的改變或錯誤的使用了對象的私有部分.

所謂繼承 是指可以讓某個類型的對象獲得另一個類型的對象的屬性的方法。它支持按級分類的概念。繼承是指這樣一種能力：它可以使用現有類的所有功能，併在無需重新編寫原來的類的情況下對這些功能進行擴展. 通過繼承創建的新類稱為“子類”或“派生類”，被繼承的類稱為“基類”、“父類”或“超類”。繼承的過程，就是從一般到特殊的過程。要實現繼承，可以通過“繼承”（Inheritance）和“組合”（Composition）來實現.繼承概念的實現方式有二類：實現繼承與介面繼承.實現繼承是指直接使用基類的屬性和方法而無需額外編碼的能力；介面繼承是指僅使用屬性和方法的名稱、但是子類必須提供實現的能力;

所謂多態 就是指一個類實例的相同方法在不同情形有不同表現形式。多態機制使具有不同內部結構的對象可以共用相同的外部介面。這意味著，雖然針對不同對象的具體操作不同，但通過一個公共的類，它們（那些操作）可以通過相同的方式予以調用.

詳細介紹面向對象：

　　運算符重載：重新賦予新的含義. 同一個函數名就可以用來代表不同功能的函數,(一名多用).

例如 +,—,*,/.  >>,<<. 運算符.

用戶可以根據自己的需要對C++已提供的運算符進行重載嗎？

//運算符重載
#include<iostream>
using namespace std;

class Complex{
    public:
        Complex(){real=0;imag=0;}
        Complex(double r,double i){real=r;imag=i;}
        Complex complex_add(Complex &c2);
        void display();
    private:
        double real;
        double imag;
}; 

Complex Complex::complex_add(Complex &c2)
{
    Complex c;
    c.real=real+c2.real;
    c.imag=imag+c2.imag;
    return c;
}

void Complex::display()
{
    cout<<"("<<real<<","<<imag<<"i)"<<endl;
}

int main()
{
    Complex c1(3,4),c2(5,-10),c3;
    c3=c1.complex_add(c2);
    cout<<"c1= ";c1.display();
    cout<<"c2= ";c2.display();
    cout<<"c1+c2= ";c3.display();
    return 0;
}
View Code 
//運算符重載
#include<iostream>
using namespace std;

class Complex{
    public:
        Complex(){real=0;imag=0;}
        Complex(double r,double i){real=r;imag=i;}
    //    Complex complex_add(Complex &c2);
        Complex operator +(Complex &c2);
        void display();
    private:
        double real;
        double imag;
}; 

Complex Complex::operator +(Complex &c2)
{
    Complex c;
    c.real=real+c2.real;
    c.imag=imag+c2.imag;
    return c;
}

void Complex::display()
{
    cout<<"("<<real<<","<<imag<<"i)"<<endl;
}

int main()
{
    Complex c1(3,4),c2(5,-10),c3;
    c3=c1+c2;//運算符重載 
    cout<<"c1= ";c1.display();
    cout<<"c2= ";c2.display();
    cout<<"c1+c2= ";c3.display();
    return 0;
}
View Code

定義：

函數類型 operator 運算符( 形參表 )
    { 對運算符進行重載處理 }
int operator +(int a, int b)
{return (a+b);}

重載規則：

1）C++不允許用戶定義新的運算符，只能對已有的運算符進行重載。

2）不能重載的運算符只有5個：. * :: sizeof（長度運算符）  ?: 9條件運算符

3）重載不可以改變操作數的個數；

4）重載不可改變運算符的優先順序別

5）重載不能運算符的結合性；

6）重載運算符的函數不能用預設的參數；

7）重載的運算符必須和用戶定義的自定義類型的對象一起使用，其參數至少應有一個是類對象（或類對象的引用）

8）用於類對象的運算符一般必須重載，但有兩個例外，運算符“=”和“&”不必用戶重載。

9）從理論上說，可以將一個運算符重載為執行任意的操作。

　　運算符重載函數作為 類成員函數 與 友元函數（形參必須有要求）

一般將彈幕運算符和複合運算符重載為成員函數

一般將雙目運算符重載為友元函數；

　　重載雙目運算符

C++構造函數的重載
在一個類中可以定義多個構造函數，以便提供不同的初始化的方法，供用戶選用。這些構造函數具有相同的名字，而參數的個數或參數的類型不相同。這稱為構造函數的重載。

關於構造函數的重載的幾點說明：

調用構造函數時不必給出實參的構造函數，稱為預設構造函數(default constructor)。顯然，無參的構造函數屬於預設構造函數。一個類只能有一個預設構造函數。
如果在建立對象時選用的是無參構造函數，應註意正確書寫定義對象的語句。
儘管在一個類中可以包含多個構造函數，但是對於每一個對象來說，建立對象時只執行其中一個構造函數，並非每個構造函數都被執行。

不同類型數據間的轉換

int i=6;
i=i+7.5;//先將i轉為double得到13.5，再向整型賦值轉化為13給i,隱式類型轉換

類型轉換函數：將一個類的對象轉換成另一個類型的數據。

繼承與派生

軟體的重用性 通過繼承來實現；減少重覆的工作量；

繼承就是在一個已存在的類（基類）的基礎上建立一個新類（派生類，子類）。

單繼承：一個類只從一個基類派生；

多重繼承：一個派生類有兩個或多個基類。

派生類時基類的具體化；基類是派生類的抽象；

派生類的聲明：

//一個例子
class Student1:public Student  //聲明基類是Student
{  pubic：
      void display_1()
           {cout<<"age:"<<age<<endl;}
    private:
           int age;    
};
//第一行，關鍵字public，用來表示基類Student中的成員在派生類Student1中的繼承方式；表示公共繼承。
class 派生類名：[繼承方式]基類名      ///繼承方式：public，private（預設），protected
{
  派生類新增加的成員
};

 多態與虛函數

多態：向不同對象發送同一個消息，不同的對象在接收時會發生不同的行為(即方法)。每個對象可以用自己的方式去響應共同的消息。（消息即調用函數）

函數的重載屬於多態的一種。

具有不同功能的函數可以用同一個函數名，這樣就可以實現用一個函數名調用不同內容的函數。

多態性是一個介面，多種方法。

靜態多態性與動態多態性

靜態多態性 通過函數重載實現的。缺乏靈活。

動態多態性是通過虛函數實現的。

 C++虛函數：就是在基類聲明函數是虛擬的，並不是實際存在的函數，然後在派生類中才正式定義此函數。

虛函數的作用是允許在派生類中重新定義與基類同名的函數，並且可以通過基類指針或引用來訪問基類和派生類中的同名函數。

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
//聲明基類Student
class Student
{
public:
   Student(int, string,float);  //聲明構造函數
  virtual void display( );//聲明輸出函數 為 虛函數
protected:  //受保護成員，派生類可以訪問
   int num;
   string name;
   float score;
};
//Student類成員函數的實現
Student::Student(int n, string nam,float s)//定義構造函數
{
   num=n;
   name=nam;
   score=s;
}
void Student::display( )//定義輸出函數
{
   cout<<"num:"<<num<<"\nname:"<<name<<"\nscore:"<<score<<"\n\n";
}
//聲明公用派生類Graduate
class Graduate:public Student
{
public:
   Graduate(int, string, float, float);//聲明構造函數
   void display( );//聲明輸出函數
private:float pay;
};
// Graduate類成員函數的實現
void Graduate::display( )//定義輸出函數
{
   cout<<"num:"<<num<<"\nname:"<<name<<"\nscore:"<<score<<"\npay="<<pay<<endl;
}
Graduate::Graduate(int n, string nam,float s,float p):Student(n,nam,s),pay(p){}
//主函數
int main()
{
   Student stud1(1001,"Li",87.5);//定義Student類對象stud1
   Graduate grad1(2001,"Wang",98.5,563.5);//定義Graduate類對象grad1
   Student *pt=&stud1;//定義指向基類對象的指針變數pt
   pt->display( );
   pt=&grad1;
   pt->display( );
   return 0;
}

虛函數的使用方法是：

  1. 在基類用virtual聲明成員函數為虛函數。
    這樣就可以在派生類中重新定義此函數，為它賦予新的功能，並能方便地被調用。在類外定義虛函數時，不必再加virtual。
  2. 在派生類中重新定義此函數，要求函數名、函數類型、函數參數個數和類型全部與基類的虛函數相同，並根據派生類的需要重新定義函數體。
    C++規定，當一個成員函數被聲明為虛函數後，其派生類中的同名函數都自動成為虛函數。因此在派生類重新聲明該虛函數時，可以加virtual，也可以不加，但習慣上一般在每一層聲明該函數時都加virtual，使程式更加清晰。如果在派生類中沒有對基類的虛函數重新定義，則派生類簡單地繼承其直接基類的虛函數。
  3. 定義一個指向基類對象的指針變數，並使它指向同一類族中需要調用該函數的對象。
  4. 通過該指針變數調用此虛函數，此時調用的就是指針變數指向的對象的同名函數。
    通過虛函數與指向基類對象的指針變數的配合使用，就能方便地調用同一類族中不同類的同名函數，只要先用基類指針指向即可。如果指針不斷地指向同一類族中不同類的對象，就能不斷地調用這些對象中的同名函數。這就如同前面說的，不斷地告訴計程車司機要去的目的地，然後司機把你送到你要去的地方。

需要說明；有時在基類中定義的非虛函數會在派生類中被重新定義(如例12.1中的area函數)，如果用基類指針調用該成員函數，則系統會調用對象中基類部分的成員函數；如果用派生類指針調用該成員函數，則系統會調用派生類對象中的成員函數，這並不是多態性行為(使用的是不同類型的指針)，沒有用到虛函數的功能。
以前介紹的函數重載處理的是同一層次上的同名函數問題，而虛函數處理的是不同派生層次上的同名函數問題，前者是橫向重載，後者可以理解為縱向重載。但與重載不同的是:同一類族的虛函數的首部是相同的，而函數重載時函數的首部是不同的(參數個數或類型不同)。

關聯—binding

確定調用的具體對象的過程稱為 關聯。

在這裡指把一個函數名與一個類對象捆綁在一起，建立關聯；

一般來說，關聯指把一個標識符和一個存儲地址聯繫起來；

靜態關聯—在編譯時既可確定其調用的虛函數屬於哪一類，其過程稱為靜態關聯；由於是在運行前進行關聯的，又稱為早期關聯；

動態關聯—在編譯後的運行階段把虛函數和類對象“綁定”在一起，這種多態性是運行階段的多態性（動態多態性）。

在什麼情況下應當聲明虛函數？

Tips:

1）只能用virtual聲明類的成員函數，把它作為虛函數，而不能將類外的普通函數聲明為虛函數；

2）一個類的成員函數被聲明為虛函數後i，在同一類族中的類就不能再定義一個非virtual的但與該函數具有相同的參數和函數返回值類型的同名函數；

根據什麼考慮是否把一個成員函數聲明為虛函數呢？主要考慮一下幾點

1)首先看成員函數所在的類是否是基類；然後看成員函數在類的繼承後有無可能被更改功能，如果希望更改其功能的，一般應該將它聲明為虛函數；

2）如果成員函數在類被繼承後功能無需修改，或派生類用不到該函數，則不要把它聲明為虛函數；不要僅僅考慮到要作為基類而把類中的所有成員函數都聲明為虛函數。

3）應考慮對成員函數的調用是通過對象名還是通過基類指針或引用去訪問，如果通過基類指針或引用去訪問的，則應當聲明為虛函數；

4）有時，在定義虛函數時，並不定義其函數，即函數體是空的。它的作用只是定義了一個虛函數名，具體功能留給派生類去添加。

使用虛函數，系統要有一定的空間開銷。

虛析構函數

析構函數的作用是在對象撤銷之前做必要的“清理現場”工作；當派生類的對象從記憶體中撤銷時，一般先調用派生類的析構函數，再調用基類的析構函數。

在C++中，構造函數用於在創建對象時進行初始化工作，不能聲明為虛函數。因為在執行構造函數前對象尚未創建完成，虛函數表尚不存在，也沒有指向虛函數表的指針，所以此時無法查詢虛函數表，也就不知道要調用哪一個構造函數。下節會講解虛函數表的概念。

析構函數則用於在銷毀對象時完成相應的資源釋放工作，可以被聲明為虛函數。

為了說明虛析構函數的必要性，請大家先看下麵一個例子：

#include <iostream>
using namespace std;

//基類
class Base{
private:
    int *a;
public:
    Base();
    ~Base(){ cout<<"Base destructor"<<endl; }
};
Base::Base(){
    a = new int[100];
    cout<<"Base constructor"<<endl;
}

//派生類
class Derived: public Base{
private:
    int *b;
public:
    Derived();
    ~Derived( ){ cout<<"Derived destructor"<<endl; }
};
Derived::Derived(){
    b = new int[100];
    cout<<"Derived constructor"<<endl;
}

int main( ){
   Base *p = new Derived;
   delete p;
   return 0;
}

運行結果：
Base constructor
Derived constructor
Base destructor

本例中定義了兩個類，基類 Base 和派生類 Derived，它們都有自己的構造函數和析構函數。在構造函數中，會分配100個 int 型的記憶體空間；在析構函數中，會把這些記憶體釋放掉。

在 main 函數中，定義了基類類型的指針 p，並指向派生類對象，然後希望用 delete 釋放 p 所指向的空間。

從運行結果可以看出，執行delete p;語句時只調用了基類的析構函數，卻沒有調用派生類的析構函數。這會導致 b 所指向的 100 個 int 型記憶體空間得不到釋放，除非程式運行結束被操作系統回收，否則就再也沒有機會釋放這些記憶體。這是典型的記憶體泄露。

記憶體泄露問題是程式員需要極力避免的。本例中出現的記憶體泄露是由於派生類的析構函數未被調用引起的，為瞭解決這個問題，需要將基類的析構函數聲明為虛函數。修正後的代碼如下所示：

class Base{
private:
    int *a;
public:
    Base();
    virtual ~Base(){ cout<<"Base destructor"<<endl; }
};
Base::Base(){
    a = new int[100];
    cout<<"Base constructor"<<endl;
}

運行結果：
Base constructor
Derived constructor
Derived destructor
Base destructor
如此，派生類的析構函數也會自動成為虛析構函數。當執行delete p;語句時，會先執行派生類的析構函數，再執行基類的析構函數，這樣就不存在記憶體泄露問題了。
這個例子足以說明虛析構函數的必要性，但是如果不管三七二十一的將所有的基類的析構函數都聲明為虛函數，也是不合適的。通常來說，如果基類中存在一個指向動態分配記憶體的成員變數，並且基類的析構函數中定義了釋放該動態分配記憶體的代碼，那麼就應該將基類的析構函數聲明為虛函數。

純虛函數和抽象類


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