C++三大特性——封装、继承、多态（C++基础学习二 ）

文章目录

• C++ 三大特性
• • 访问权限
  • 1. 继承
  • 2. 封装
  • 3. 多态
  • 虚函数（virtual）
  • • 虚函数的一些基本概念
    • 为什么需要虚继承
  • 空类
  • • 空类的大小不为0，sizeof 为1
  • 抽象类与接口的实现

C++ 三大特性 访问权限

访问限定符： public, protected, private 控制成员变量和成员函数的访问权限

1. 类内不存在访问权限问题，类外只能访问public 成员；
2. 无论是公有继承、私有继承或保护继承，私有成员不能被派生类访问，public 和 protected可以；
3. 对于共有继承，只有基类中的共有成员能够被 派生类对象 访问，保护和私有成员不能被访问。
4. 对于私有和保护继承，基类中的所有对象均不能被 “派生类对象” 访问。

1. 继承

定义：

让某种类型的对象获得另一个类型对象的属性和方法

功能：

它可以使用现有的类的所有功能，并在无需重新编写原来类的情况下，对这些功能进行扩展

常见的继承有三种方式：

1. 实现继承： 使用基类的属性和方法，而无需额外编码的能力

**2. 接口继承： ** 仅使用属性和方法的名称，但是子类必须提供实现的能力

3. 可视继承： 子窗体（类）使用基窗体（类）的外观和实现代码的能力

例如：

将⼈定义为⼀个抽象类，拥有姓名、性别、年龄等公共属性，吃饭、睡觉等公共⽅法，在定义⼀个具体的⼈时，就可以继承这个抽象类，既保留了公共属性和⽅法，也可以在此基础上扩展跳舞、唱歌等特有⽅法。

2. 封装

定义：

数据和代码捆绑在一起，避免外界干扰和不确定性访问；

功能：

把可观事物封装为一个抽象类，并且类可以把自己的数据和方法只让可信的类或者对象 *** 作，对不可信的进行信息隐藏，例如：将公共的数据或方法使用 public 修饰，而不希望被访问的数据或者方法用 private 修饰

3. 多态

定义：

同一事物表现出不同事物的能力，即向不同对象发送同一消息，不同的对象在接收时会产生不同的行为**（重载实现编译时多态，虚函数实现运行时多态）**

功能：

允许将子类类型的指针 赋值 给父类类型的指针。

实现多态有两种方式：

1. 覆盖（override）: 即虚函数
2. 重载（overload）: 允许多个参数不同的同名函数

例如：

基类是一个抽象对象——人，那学生、老师等等都是人。

虚函数（virtual）

当基类希望派生类定义适合自己的版本，那么就将这些函数声明为 虚函数

虚函数依赖虚函数表工作，表来保存虚函数的地址，当我们用基类指针指向派生类时，虚表指针指向派生类的虚函数表

这个机制可以保证，派生类中的虚函数可以被调用到

虚函数的一些基本概念

1. 虚函数是动态绑定的

使用虚函数的指针或者引用，能够找到实际类的对应函数，而非执行定义类的函数，这是虚函数的基本功能。

2. 多态 ： 不同继承关系的类对象，调用同一函数产生不同的行为

• 调用函数的对象必须是指针或引用
• 被调用的函数必须是 虚函数 ， 且完成了虚函数的重写。

3. 动态绑定绑定的是动态类型

所对应的函数或属性依赖于对象的动态类型，发生在运行期

4. 构造函数不能是虚函数

5. 虚函数的工作方式

依赖虚函数表工作的，表来保存虚函数的地址，当我们用基类指针指向派生类时，虚表指针指向派生类的虚函数表。

6. 析构函数可以是虚函数，并且，在一个复杂类结构中，析构函数往往大多都为虚函数

7. 将一个函数定义为纯虚函数

实际上这个 *** 作是通过，将这个类定义为抽象类，不能实例化对象；

纯虚函数通常没有定义体，但是也完全可以拥有。

8. inline, static, constructor 三种函数都不能带有virtual 关键字

（1） inline 在编译时展开，必须要有实体

（2） static 属于类自身的类相关，必须有实体

​ static 成员没有this 指针，而虚函数是通过对象来调用，有隐藏的this 指针。

（3）虚函数是基于内存空间的（vtable）， constructor 如果是虚的，那么调用时也需要到内存空间中寻找，但是constructor是虚的情况下是找不到的，因为constructor 自身都不存在了，创建不到class的实例，没有实例，class的成员都不能访问。

9. 析构函数可以是纯虚的

但是析构函数必须有钉一体，因为析构函数的调用是在子类中隐去的

10. 派生类的override虚函数定义必须与父类完全一致

除了一个特例，如果父类返回值是一个指针或者引用，子类override时，可以返回这个指针或引用的派生。

为什么需要虚继承

1. 为了解决多继承时的命名冲突和冗余数据问题

C++提出了虚继承，使得在派生类中只保留一份间接基类的成员。其中多继承是指从多个直接基类中产生派生类的能力，多继承的派生类继承了所有父类的成员。

2. 虚继承的目的是让某个类做出声明，承诺愿意共享它的基类

其中，被共享的基类称为 虚基类（Virtual Base Class）.

使用多继承经常出现二义性，必须十分小心：

一般只有在比较简单和不易出现二义性的情况下，或者要求使用的情况下 才会使用多继承，能用单一继承解决的问题，一般不使用多继承。

空类 空类的大小不为0，sizeof 为1

类的实例化是在内存中分配一块地址，因此每个实例在内存中均有独一无二的地址。

同样，空类也会实例化，所以编译器会给空类隐含的添加一个地址，这样就可以保证空类在实例化之后就有独一无二的地址，所以空类的sizeof 为1 ，而不是0

class A {
    virtual void f() {}
};
class B: public A{}

注意：此时类A和类B都不是空类，其sizeof 都为4，因为他们都具有虚函数表

class A {};
class B:public virtual A{};

此时，类A是空类，其大小为1,； 而类B不为空类，其sizeof 是4.因为含有虚函数表的地址。

多重继承的空类的大小也为1.

class Father1{};
class Father2{};
class Child: public Father1, public Father2{};

Father1, Father2, Child的大小均为1。

何时共享虚函数地址表：

如果派生类继承的第一个是基类，且该基类定义了虚函数地址表，则派生类就共享该表首地址占用的存储单元。

class X{}; //sizeof(X):1
class Y : public virtual X {}; //sizeof(Y):4
class Z : public virtual X {}; //sizeof(Z):4
class A : public virtual Y {}; //sizeof(A):8
class B : public Y, public Z{}; //sizeof(B):8
class C : public virtual Y, public virtual Z {}; //sizeof(C):12
class D : public virtual C{}; //sizeof(D):16

抽象类与接口的实现

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。

1. 类中至少有一个函数被声明为虚函数，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。
2. 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。抽象类不能用于实例化，它只能作为接口使用。

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;
	}
};

主函数：

Rectangle Rect;
Triangle Tri;
Rect.setWidth(5);
Rect.setHeight(7);
Rect.getArea(); //35
Tri.setWidth(5);
Tri.setHeight(7);
Tri.getArea(); //17