物件导向程式语言讲义课件.ppt

1、Derived Class 前言 衍生類別的定義 單一繼承 public,protected,和 privated 基底類別 virtual 成員函式 RTTI(Run-time Type Information)前言前言C+提供類別繼承的機制來擴充或更改現有類別的功能。我們可以利用此機制來達到以下兩個目的：程式碼的再利用（code reuse）物件導向的設計（object-oriented design）假定 B 是一個類別。我們可以用底下的格式來定義一個 B 的衍生類別 D：class D :public B/members of D;我們稱：D 繼承 B、B 是 D 的 base cla

2、ss（基底類別）或 superclass（父類別）、以及 D 是 B 的 derived class（衍生類別）或 subclass（子類別）。衍生類別的定義衍生類別的定義class Bclass D類別繼承的圖示類別繼承通常是用來表達 kind-of 關係（或稱 is-a 關係）：衍生類別是基底類別的一種。譬如：Manager（經理）也是 Employee（員工），所以我們先規劃好 Employee 類別，然後把 Manager 定義成 Employee 的一個衍生類別：class Employee/other membersprivate:string first_name,family_

3、name;char middle_initial;Date hiring_date;short department;class Manager:public Employee/other membersprivate:set group;short level;Manager 的資料成員：string first_name,family_name;char middle_initial;Date hiring_date;short department;set group;short level;衍生類別除了本身的資料成員以外，也具有基底類別的資料成員。譬如：Employee 的資料成員：s

4、tring first_name,family_name;char middle_initial;Date hiring_date;short department;由於衍生類別是基底類別的子類別，因此衍生類別的物件可視為基底類別的物件；基底類別型態的指標也可用於衍生類別的物件，而不須要經過型態轉換。但反過來就不成立了。譬如：void foo(Manager mm,Employee ee)Employee*pe=&mm;/okManager*pm=ⅇ/errorpe-level=2;/error:Employee doesnt have/data member:levelpm=stati

5、c_cast(pe);/ok:explicit type castingpm-level=2;/ok:since pe points to a/Manager object衍生類別及其朋友（friends）可以直接使用基底類別的 public 或 protected 成員，但是不能使用基底類別的 private 成員。譬如：class B public:void f();protected:void g();int _x;private:void h();int _y;class D:public B friend void k(D);void a()f();/okvoid b()g();/o

6、kvoid c()_x=0;/ok void d()h();/errorvoid e()_y=0;/error;void k(D obj)obj.g();/okobj.f();/okobj._x=0;/okobj._y=0;/error存取控制存取控制 本身與其朋友 衍生類別與其朋友外界publicprotectedprivatexxx我們用下表來總結類別成員的存取控制：如果基底類別的成員函式不符合所需的話，我們可以在衍生類別中重新改寫（override）。譬如：class Employee public:void print();/other members;void Employee:pr

7、int()cout first_name middle_initial family_name;class Manager:public Employee public:void print();/other members;void Manager:print()Employee:print();cout level;這項改寫的機制讓 code reuse 可以很容易地達成。衍生類別的建構函式必須呼叫基底類別的建構函式（如果它存在的話），而且前者的參數必須包含後者的參數。譬如：class Employee public:Employee(const string&n,int d):famil

8、y_name(n),department(d)/other members;class Manager:public Employee public:Manager(const string&n,int d,int lvl):Employee(n,d),level(lvl)/other members;衍生類別的物件建構順序如下：1.執行基底類別的建構函式。2.執行衍生類別資料成員的建構函式。3.執行衍生類別的建構函式。衍生類別的物件解構順序則恰恰相反，即：1.執行衍生類別的解構函式。2.執行衍生類別資料成員的解構函式。3.執行基底類別的解構函式。資料成員和基底類別是按照宣告的順序來建構，解構

9、則按照相反的順序。拷貝衍生類別物件至基底類別物件時，只拷貝基底類別的資料成員。class Employee Employee(const Employee&);Employee&operator=(const Employee&);/;void f(const Manager&m)Employee e=m;/construct e from Employee part of me=m;/assign Employee part of m to e範例class CPoint2D public:CPoint2D(int x=0,int y=0):_x(x),_y(y)int x()return

10、_x;int y()return _y;void setX(int x)_x=x;void setY(int y)_y=y;void set(int x,int y)_x=x;_y=y;bool isZero()return _x=0&_y=0;double distance()return sqrt(_x*_x+_y*_y);protected:int _x,_y;我們利用 CPoint2D 類別來定義 CPoint3D 類別。首先我們把 CPoint2D 的 private 成員改成 protected 成員，讓 CPoint3D 可以使用它們。class CPoint3D:public

11、CPoint2D public:CPoint3D(int x=0,int y=0,int _z=0):CPoint2D(x,y),_z(z)int z()return _z;void setZ(int z)_z=x;void set(int x,int y,int z)set(x,y);setZ(z);bool isZero()return _x=0&_y=0&_z=0;double distance()return sqrt(_x*_x+_y*_y+_z*_z);private:int _z;CPoint3D 改寫（override）CPoint2D 的 isZero()和 distance

12、()函式。#include using namespace std;#include“CPoint3D.h”ostream&operator(ostream&os,CPoint3D p)os (p.x()“,“p.y()“,“p.z();return os;我們可以為 CPoint3D 類別定義輸出運算子 如下：測試程式#include“CPoint3D.h”int main()CPoint3D p(1,2,3);cout p endl;CPoint2D q(5,6);q=p;cout q endl;p=q;/error輸出結果(1,2,3)(1,2)範例typedef unsigned sh

13、ort big5char;class big5string:public string public:bool is_big5char(int idx);big5char next_char(int idx);int big5_length();private:bool in(char c,int min,int max)return min=c&c=0&idx length();char*cp=c_str();if(cpidx 128|idx=length()-1)return false;if(is_big5hiByte(cpidx)&is_big5loByte(cpidx+1)retur

14、n true;elsereturn false;big5char big5string:next_char(int idx)char*cp=c_str();return is_big5char(idx)?cpidx*256+cpidx:cpidx;int big5string:big5_length()int len=0,k=0;while(k length()k=is_big5char(k)?k+2:k+1;len+;return len;測試程式#include#include#include“big5string.h”int main()string s1(“Hi,“);big5stri

15、ng s2;s2=s1+“好久不見”;cout s2 endl;cout “#of characters is:“s2.big5_length()print();其實不然。原因是：e 是 Employee 型態的指標，所以不論傳進來的引數型態是 Employee、Manager、或 Director，e-print()永遠是呼叫 Employee 的成員函式 print()。你可以在 Employee 類別中，加入一個儲存員工類型的資料成員來解決前述的問題。譬如：class Employee public:enum emp_type EMPLOYEE,MANAGER,DIRECTOR;void

16、 print();emp_type type()return _type;/private:emp_type _type;並在三個類別的建構函式中，加入資料成員 type 的設定。經過這些加工之後，你就可以寫出下一頁的列印函式。void print_emp(Employee*e)switch(e-type()case Employee:EMPLOYEE:e-print();break;case Employee:MANAGER:static_cast(e)-print();/Managers print()break;case Employee:DIRECTOR:static_cast(e)-

17、print();/Directors print()break;上述的解決方案有下面兩個缺點：就如同 print_emp()函式所示，程式設計師必須判斷物件的類別，然後採取適當的型態轉換。這種作法不僅增加程式撰寫的負擔，也容易造成錯誤。print_emp()函式只能列印 Employee、Manager、和 Director 三種類別的物件。如果其他人用繼承的方式定義另一種員工的類別，如 Secretary，則已經寫死的 print_emp()函式將無法用來列印這個新類別的物件。class Secretary:public Employee public:void print();/;為了解決

18、上述的問題，C+提供一種稱為 virtual 函式的特別成員函式。你只要在成員函式的宣告之前加上關鍵字 virtual，就可以把它變成 virtual 函式，即virtual return_type func_name(parameter list)當類別含有 virtual 成員函式時，C+編譯器會為它產生一個 virtual function table，其中包含此類別所有 virtual 成員函式的位址。此外，屬於此類別的物件，除了儲存資料成員外，會另外儲存一個指向此 virtual function table 的指標。宣告宣告 virtual 函式函式舉例來說，假定類別 X 的宣告如

19、下：class X public:virtual void vf1();virtual void vf2();void f();private:int _x,_y;X a,b;則 X 類別的物件結構將如右圖所示。_x_y_ _vptr_ _XX:vf1()X:vf1()virtual tablefor class X_x_y_ _vptr_ _Xab衍生類別的 virtual 函式會覆蓋（override）基底類別的同名同參數列的 virtual 函式。class Base virtual void foo(int);/other members;class Derived:public Ba

20、sevirtual void foo(int);/other members;override若我們把前述 Employee 類別和它衍生類別中的 print()成員函式都改成 virtual（如左圖所示），則函式 print_emp()就變得簡單多了，而且也克服前述的一些缺點。class Employee public:virtual void print();/;class Manager:public Employee public:virtual void print();/;class Director:Manager public:virtual void print();/;利用

21、 virtual 函式的 print_emp()定義如下：void print_emp(Employee*e)e-print();則 e-print()會呼叫傳進來物件所定義的 print()成員函式。譬如：若傳進來 Emploee 型態的物件時，e-print()等同於e-Emploee:print()；若是 Manager 型態的物件時，e-print()等同於 e-Manager:print()。型態相同的物件（都是 Employee）卻具有不同的行為（不同的 print()功能），稱之為 polymorphism（多型）。具有 virtual 成員函式的類別稱為多型型態（polymor

22、phic type）。在 C+中，若要使用多型，你必須：把一些成員函式定義成 virtual。透過物件指標或參照來呼叫這些 virtual 成員函式。若透過物件直接呼叫 virtual 成員函式，因為編譯時會固定呼叫的對像，所以會達不到多型的效果。譬如：Employee e;e.print();/一定呼叫 Employee:print()Pure Virtual Functions如果基底類別的 virtual 成員函式只是用來規定衍生類別應該具備的使用介面（interface），而且基底類別也不用來定義物件的話，我們可以用以下的格式把 virtual 成員函式設定無定義的函式：virtual

23、 return_type fucn_name(parameter_list)=0這樣的函式稱為 pure virtual function。Abstract Classes本身擁有或繼承但不改變 pure virtual functions 的類別稱為抽象類別（abstract class）。由於 pure virtual functions 是沒有定義的函式，因此抽象類別不可用來定義物件。譬如底下的 Abstract_Base 和Abstract_Derived 是抽象類別，而 Concrete_Derived 就不再是了：class Abstract_Base public:virtual

24、 void foo()=0;class Abstract_Derived:public Abstract_Base /*/class Concrete_Derived:public Abstract_Base public:virtual void foo();/no longer pure抽象類別通常製訂介面（interface）用來規範衍生類別的基本功能。譬如：class Shape public:/所有 Shape 類別物件都必須提供下列的功能virtual void rotate(int)=0;virtual void draw()=0;virtual void is_closed(i

25、nt)=0;class Circle:public Shape public:virtual void rotate(int)/*function definition*/virtual void draw()/*function definition*/virtual void is_closed(int)/*function definition*/other membersRTTI(Run-time Type Information)C+的 RTTI 的機制提供下面兩個功能：dynamic_cast typeiddynamic_castdynamic_cast(p)=p 0如果指標 p

26、所指的物件型態是 T 或其基底類別是 T。所有其他情形void f(Derived*p)Base*q0=p;/okBase*q1=dynamic_cast(p);/okOther*q2=p;/compile errorOther*q3=dynamic_cast(p);/ok:q3 is 0假定 Base 是 Derived 的基底類別，Other 是與它們無任何繼續關係的類別typeidtypeid 運算子可用來取得物件的型態資訊：typeid(obj);/傳回物件 obj 的型態資訊typeid(*objptr);/傳回物件指標 objptr 所指物件的型態資訊我們可以從型態資訊中取得型態的名稱，如：typeid(obj).name();/物件 obj 所屬類別的名稱也可以比較兩個物件的型態是否相同，如typeid(obj1)=typeid(obj2)/true 若兩物件的類別相同typeid(obj1)!=typeid(obj2)/true 若兩物件的類別不相同