C++的三大特性封裝、繼承和多態

 

封裝可以使得代碼模塊化，繼承可以擴展已存在的代碼，他們的目的都是為了代碼重用。而多態的目的則是為了接口重用

• 封裝：封裝是在設計類的一個基本原理，是將抽象得到的數據和行為（或功能）相結合，形成一個有機的整體，也就是將數據與對數據進行的操作進行有機的結合，形成“類”，其中數據和函數都是類的成員。

• 繼承：如果一個類別B“繼承自”另一個類別A，就把這個B稱為“A的子類”，而把A稱為“B的父類別”也可以稱“A是B的超類”。繼承可以使得子類具有父類別的各種屬性和方法，而不需要再次編寫相同的代碼。在令子類別繼承父類別的同時，可以重新定義某些屬性，並重寫某些方法，即覆蓋父類別的原有屬性和方法，使其獲得與父類別不同的功能。

  1. 訪問權限

     • public： 父類對象內部、父類對象外部、子類對象內部、子類對象外部都可以訪問。
     • protected:父類對象內部、子類對象內部可以訪問，父類對象外部、子類對象外部都不可訪問。
     • private：父類對象內部可以訪問，其他都不可以訪問。

     |訪問對象|public|protected|private|
     |-|-|-|-|
     |父類|可見|可見|可見|
     |子類|可見|可見|不可見|
     |父類外部|可見|不可見|不可見|
     |子類外部|可見|不可見|不可見|

  2. 繼承方式
     ps.三種繼承方式不影響子類對父類的訪問權限，子類對父類只看父類的訪問控制權。繼承方式是為了控制子類(也稱派生類)的調用方(也叫用戶)對父類(也稱基類)的訪問權限。public、protected、private三種繼承方式，相當於把父類的public訪問權限在子類中變成了對應的權限。 如protected繼承，把父類中的public成員在本類中變成了protected的訪問控制權限；private繼承，把父類的public成員和protected成員在本類中變成了private訪問控制權。

     ps.友元是類級別的，不存在繼承的問題。

• 多態：多態性可以簡單地概括為“一個接口，多種方法”，程序在運行時才決定調用的函數，它是面向對象編程領域的核心概念。多態(polymorphism)，字面意思多種形狀。

  1. 靜態多態：靜態多態也稱為靜態綁定或早綁定。編譯器在編譯期間完成的，編譯器根據函數實參的類型(可能會進行隱式類型轉換)，可推斷出要調用那個函數，如果有對應的函數就調用該函數，否則出現編譯錯誤。

     • 函數重載

       編譯器根據函數不同的參數表，對同名函數的名稱做修飾，然后這些同名函數就成了不同的函數（至少對於編譯器來說是這樣的）。函數的調用，在編譯器間就已經確定了，是靜態的。也就是說，它們的地址在編譯期就綁定了（早綁定）。

     • 泛型編程

       泛型編程就是指編寫獨立於特定類型的代碼，泛型在C++中的主要實現為模板函數和模板類。
       泛型的特性：

         1. 函數模板並不是真正的函數，它只是C++編譯生成具體函數的一個模子。
         1. 函數模板本身並不生成函數，實際生成的函數是替換函數模板的那個函數，比如上例中的add(sum1,sum2)，這種替換是編譯期就綁定的。
         3. 函數模板不是只編譯一份滿足多重需要，而是為每一種替換它的函數編譯一份。
         4. 函數模板不允許自動類型轉換。
         5. 函數模板不可以設置默認模板實參。比如template <typename T=0>不可以。
       

  2. 動態多態
     c++的動態多態是基於虛函數的。對於相關的對象類型，確定它們之間的一個共同功能集，然后在基類中，把這些共同的功能聲明為多個公共的虛函數接口。各個子類重寫這些虛函數，以完成具體的功能。客戶端的代碼（操作函數）通過指向基類的引用或指針來操作這些對象，對虛函數的調用會自動綁定到實際提供的子類對象上去。

  3. 宏多態（？）
     帶變量的宏可以實現一種初級形式的靜態多態：

     #include <iostream>
     #include <string>
     
     // 定義泛化記號：宏ADD
     #define ADD(A, B) (A) + (B);
     
     int main()
     {
         int i1(1), i2(2);
         std::string s1("Hello, "), s2("world!");
         int i = ADD(i1, i2);                        // 兩個整數相加
         std::string s = ADD(s1, s2);                // 兩個字符串“相加”
         std::cout << "i = " << i << "/n";
         std::cout << "s = " << s << "/n";
     }
     

  4. 動態多態和靜態多態的比較

     1. 靜態多態
        • 優點：
          1. 由於靜多態是在編譯期完成的，因此效率較高，編譯器也可以進行優化；
          2. 有很強的適配性和松耦合性，比如可以通過偏特化、全特化來處理特殊類型；
          3. 最重要一點是靜態多態通過模板編程為C++帶來了泛型設計的概念，比如強大的STL庫。
        • 缺點：
          1. 由於是模板來實現靜態多態，因此模板的不足也就是靜多態的劣勢，比如調試困難、編譯耗時、代碼膨脹、編譯器支持的兼容性不能夠處理異質對象集合
     2. 動態多態
        • 優點：
          1. OO設計，對是客觀世界的直覺認識；
          2. 實現與接口分離，可復用
          3. 處理同一繼承體系下異質對象集合的強大威力
        • 缺點：
          1. 運行期綁定，導致一定程度的運行時開銷；
          2. 編譯器無法對虛函數進行優化
          3. 笨重的類繼承體系，對接口的修改影響整個類層次；
     3. 不同點：
        • 本質不同，早晚綁定。靜態多態在編譯期決定，由模板具現完成，而動態多態在運行期決定，由繼承、虛函數實現；
        • 動態多態中接口是顯式的，以函數簽名為中心，多態通過虛函數在運行期實現，靜態多台中接口是隱式的，以有效表達式為中心，多態通過模板具現在編譯期完成
     4. 相同點：
        • 都能夠實現多態性，靜態多態/編譯期多態、動態多態/運行期多態；
        • 都能夠使接口和實現相分離，一個是模板定義接口，類型參數定義實現，一個是基類虛函數定義接口，繼承類負責實現；