Android NDK开发之旅23--C++--继承、多态与接口

Android NDK开发之旅 目录

C++ 继承

面向对象程序设计中最重要的一个概念是继承。继承允许我们依据另一个类来定义一个类,这使得创建和维护一个应用程序变得更容易。这样做,也达到了重用代码功能和提高执行时间的效果。
当创建一个类时,您不需要重新编写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。
继承代表了 is a 关系。例如,哺乳动物是动物,狗是哺乳动物,因此,狗是动物,等等。

基类 & 派生类

一个类可以派生自多个类,这意味着,它可以从多个基类继承数据和函数。定义一个派生类,我们使用一个类派生列表来指定基类。类派生列表以一个或多个基类命名,形式如下:

class derived-class: access-specifier base-class

其中,访问修饰符 access-specifier 是 public、protected 或 private 其中的一个,base-class 是之前定义过的某个类的名称。如果未使用访问修饰符 access-specifier,则默认为 private。

示例如下:
#include <iostream>

using namespace std;

// 基类
class Shape
{
public:
    void setWidth(int w)
    {
        width = w;
    }
    void setHeight(int h)
    {
        height = h;
    }
protected:
    int width;
    int height;
};

// 派生类
class Rectangle : public Shape
{
public:
    int getArea()
    {
        return (width * height);
    }
};

int main(void)
{
    Rectangle Rect;

    Rect.setWidth(5);
    Rect.setHeight(7);

    // 输出对象的面积
    cout << "Total area: " << Rect.getArea() << endl;

    system("pause");
}

结果输出:

Total area: 35

访问控制和继承

派生类可以访问基类中所有的非私有成员。因此基类成员如果不想被派生类的成员函数访问,则应在基类中声明为 private。
我们可以根据访问权限总结出不同的访问类型,如下所示:

访问 public protected private
同一个类 yes yes yes
派生类 yes yes no
外部的类 yes no no

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。

继承类型

当一个类派生自基类,该基类可以被继承为 public、protected 或 private 几种类型。继承类型是通过上面讲解的访问修饰符 access-specifier 来指定的。
我们几乎不使用 protected 或 private 继承,通常使用 public 继承。当使用不同类型的继承时,遵循以下几个规则:

  • 公有继承(public):当一个类派生自公有基类时,基类的公有成员也是派生类的公有成员,基类的保护成员也是派生类的保护成员,基类的私有成员不能直接被派生类访问,但是可以通过调用基类的公有和保护成员来访问。
  • 保护继承(protected): 当一个类派生自保护基类时,基类的公有和保护成员将成为派生类的保护成员。
  • 私有继承(private):当一个类派生自私有基类时,基类的公有和保护成员将成为派生类的私有成员。

多继承

多继承即一个子类可以有多个父类,它继承了多个父类的特性。
C++ 类可以从多个类继承成员,语法如下:

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>
};

其中,访问修饰符继承方式是 public、protected 或 private 其中的一个,用来修饰每个基类,各个基类之间用逗号分隔,如上所示。

示例如下:
#include <iostream>

using namespace std;

// 基类 Shape
class Shape
{
public:
    void setWidth(int w)
    {
        width = w;
    }
    void setHeight(int h)
    {
        height = h;
    }
protected:
    int width;
    int height;
};

// 基类 PaintCost
class PaintCost
{
public:
    int getCost(int area)
    {
        return area * 70;
    }
};

// 派生类
class Rectangle : public Shape, public PaintCost
{
public:
    int getArea()
    {
        return (width * height);
    }
};

int main(void)
{
    Rectangle Rect;
    int area;

    Rect.setWidth(5);
    Rect.setHeight(7);

    area = Rect.getArea();

    // 输出对象的面积
    cout << "Total area: " << Rect.getArea() << endl;

    // 输出总花费
    cout << "Total paint cost: $" << Rect.getCost(area) << endl;
    system("pause");
    return 0;
}

结果输出:

Total area: 35
Total paint cost: $2450

C++ 多态

多态按字面的意思就是多种形态。当类之间存在层次结构,并且类之间是通过继承关联时,就会用到多态。
C++ 多态意味着调用成员函数时,会根据调用函数的对象的类型来执行不同的函数。

错误示例如下:
#include <iostream> 
using namespace std;

class Shape {
protected:
    int width, height;
public:
    Shape(int a = 0, int b = 0)
    {
        width = a;
        height = b;
    }
    int area()
    {
        cout << "Parent class" << endl;
        return 0;
    }
};
class Rectangle : public Shape {
public:
    Rectangle(int a = 0, int b = 0) :Shape(a, b) { }
    int area()
    {
        cout << "Rectangle class" << endl;
        return (width * height);
    }
};
class Triangle : public Shape {
public:
    Triangle(int a = 0, int b = 0) :Shape(a, b) { }
    int area()
    {
        cout << "Triangle class" << endl;
        return (width * height / 2);
    }
};

//业务函数
void getArea(Shape& p) {
    cout <<"area : "<< p.area() << endl;
}

// 程序的主函数
int main()
{
    Rectangle rec(10, 10);
    Triangle  tri(10, 10);

    getArea(rec);
    getArea(tri);
    system("pause");
    return 0;
}

结果输出:

Parent class
area : 0
Parent class
area : 0

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

class Shape 修改如下(设置关键字 virtual):
class Shape {
protected:
    int width, height;
public:
    Shape(int a = 0, int b = 0)
    {
        width = a;
        height = b;
    }
    int virtual area()
    {
        cout << "Parent class" << endl;
        return 0;
    }
};


结果输出:

Rectangle class
area : 100
Triangle class
area : 50

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:

class Shape {
   protected:
      int width, height;
   public:
      Shape( int a=0, int b=0)
      {
         width = a;
         height = b;
      }
      // pure virtual function
      virtual int area() = 0;
};
= 0 告诉编译器,函数没有主体,上面的虚函数是纯虚函数。
注意:

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。

结论:
形成多态必须具备三个条件:
  • 必须存在继承关系
  • 继承关系必须有同名虚函数
  • 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。

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。
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。

示例如下:
#include <iostream>

using namespace std;

// 基类
class Shape
{
public:
    // 提供接口框架的纯虚函数
    virtual int getArea() = 0;
    void setWidth(int w)
    {
        width = w;
    }
    void setHeight(int h)
    {
        height = h;
    }
protected:
    int width;
    int height;
};

// 派生类
class Rectangle : public Shape
{
public:
    int getArea()
    {
        return (width * height);
    }
};
class Triangle : public Shape
{
public:
    int getArea()
    {
        return (width * height) / 2;
    }
};

int main(void)
{
    Rectangle Rect;
    Triangle  Tri;

    Rect.setWidth(5);
    Rect.setHeight(7);
    // 输出对象的面积
    cout << "Total Rectangle area: " << Rect.getArea() << endl;

    Tri.setWidth(5);
    Tri.setHeight(7);
    // 输出对象的面积
    cout << "Total Triangle area: " << Tri.getArea() << endl;
    system("pause");
    return 0;
}

结果输出:

Total Rectangle area: 35
Total Triangle area: 17

抽象类的作用:为了继承约束

面向对象的系统可能会使用一个抽象基类为所有的外部应用程序提供一个适当的、通用的、标准化的接口。然后,派生类通过继承抽象基类,就把所有类似的操作都继承下来。
外部应用程序提供的功能(即公有函数)在抽象基类中是以纯虚函数的形式存在的。这些纯虚函数在相应的派生类中被实现。
这个架构也使得新的应用程序可以很容易地被添加到系统中,即使是在系统被定义之后依然可以如此。

特别感谢:
菜鸟C++ 教程






微信号kpioneer

推荐阅读更多精彩内容

  • 1、静态成员函数 只有非静态成员函数才可以成为虚函数,而静态成员函数不能声明为虚函数。 例1: 在本例中定义了一个...
    EchoIR阅读 390评论 0 0
  • 前言 前面我们已经介绍过了C++中的类与函数,不熟悉的,可以去看看NDK开发---C++学习(三):类与函数(上)...
    zhang_pan阅读 151评论 0 3
  • 1. 结构体和共同体的区别。 定义: 结构体struct:把不同类型的数据组合成一个整体,自定义类型。共同体uni...
    breakfy阅读 1,283评论 0 21
  • 继承和多态 1. 继承的优缺点 优点:(1)子类可以灵活地改变父类中的已有方法;(2)能够最大限度的实现代码重用。...
    MinoyJet阅读 217评论 0 0
  • 亲爱的蓝迪 我的弟弟 你很少赢过别人 但是这一次你超越自己 虽然在你离开学校的时候 所有的人都认为你不会有出息 你...
    Molly_zhang阅读 41评论 0 0