14C++中的代码重用（公有继承，包含对象的类，私有继承，多重继承，类模板）

包含（containment）：包含对象成员的类

本身是另外一个类的对象。这种方法称为包含（containment），组合（composition），或层次化（laying）

私有继承（还是has-a关系）

基类的公有成员和保护成员都将成为派生类的私有成员。和公有继承一样，基类的私有成员是会被派生类继承但是不能被派生类访问。基类方法将不会成为派生类对象公有接口的一部分，但可以在派生类中使用它们。

  • 1.初始化基类组件 >和包含不同，对于继承类的新版本的构造函数将使用成员初始化列表语法，它使用类名（std::string，std::valarry）而不是成员名来表示构造函数
//Student类私有继承两个类派生而来,本来包含的时候两个基类分别是name和score
class Student:private std::string,private std::valarry<double>
{
public:
......
};
//如果是包含的构造函数
Student(const char *str,const double *pd,int n):name(str),score(pd,n)
{
}
//继承类的构造函数 
Student(const char *str,const double *pd,int n):std::string(str),std::valarry<double>(pd,n)
{
}
  • 2.访问基类的方法

a.包含书用对象（对象名）来调用方法

b.私有继承时，将使用类名和作用域解析运算符来调用方法

double Student::Average() const
{
if(ArrayDb::size()>0）//ArrayDb typedef为std::valarry<double>
  return ArrayDb::sum()/ArrayDb::size();
else
  return 0;
}
  • 3.访问基类对象

使用私有继承时，该string对象没有名称。那么，student类的代码如何访问内部string对象呢？ 强制类型转换!

本来子到父自动类型提升,不需要强制类型转换。父到子才需要强制类型转换。但是下面是强制类型转换，原因在第4点那里写着。

由于Student类是从string类派生而来的，因此可以通过强制类型转换，将Student对象转换为S=string对象

//成员方法：打印出学生的名字
//因为不是包含，只能通过强制类型转换
const string & Student::Name()const
{
retrun (const string &) *this;
}
  • 4.访问基类友的元函数

用类名显式地限定函数名不适合友元函数，因为友元不属于类。不能通过这种方法访问基类。

解决：通过显示地转换为基类来调用正确的函数

osstream & operator<<(ostream & os,const Student & stu)
{
os << "Score for "<<(const String &) stu <<":\n";//显式地将stu转换为string对象引用，进而调用基类方法
}

引用不会自动转换为string引用 原因：

  • a.在私有继承中，未进行显示类型转换的派生类引用或指针，无法赋值给基类的引用或指针。
  • b.即使这个例子使用的是公有继承，也必须使用显示类型转换。原因之一是，如果不使用类型转换，下述代码将无法与函数原型匹配从而导致递归调用，os<<stu
  • c.由于这个类使用的是多重继承，编译器将无法确定应转换成哪个基类，如果两个基类都提供函数operator<<()。
  • 5.使用包含还是私有继承？ 通常，应使用包含来建立has-a关系；如果新需要访问原有的保护成员，或重新定义虚函数，则应使用私有继承。
  • 6.保护继承 >* 基类的公有成员和保护成员都将成为派生类的保护成员。 >* 共同点：和私有继承一样，基类的接口在派生类中也是可用的，但在继承和结构之外是不可用的。 >* 区别：使用私有继承时，第三代类将不能使用基类的接口，这是因为公有方法在派生类中将变成私有方法；使用保护继承时，基类的公有方法在第二代将变成保护的，因此第三代派生类可以使用它们。
特征公有继承保护继承私有继承
公有成员变成派生类的公有成员派生类的保护成员派生类的私有成员
保护成员变成派生类的保护成员派生类的保护成员派生类的私有成员
私有成员变成只能通过基类接口访问只能通过基类接口访问只能通过基类接口访问
能否隐式向上转换是是（但只能在派生类中）否
  • 7.使用using重新定义访问权限 使用派生或私有派生时，基类的公有成员将成为保护成员或私有成员，假设要让基类方法在派生类外面可用
  • 方法1，定义一个使用该基类方法的派生类方法
double Student::sum() const
{
return std::valarray<double>::sum();
}
  • 方法2，将函数调用包装在另外一个函数调用中，即使用一个using声明（就像空间名称一样）
class Student::private std::string,private std::valarray<double>
{
...
public:
  using std::valarray<double>::min;
  using std::valarray<double>::max;
}

//using声明只适用于继承，而不适用于包含 //using声明只使用成员名---没有圆括号，函数特征表和返回类型

多重继承

必须使用关键字public来限定每一个基类，这是因为，除非特别指出，否则编译器将认为是私有派生。（class 默认访问类型是私有，strcut默认访问类型是公有）

多重继承带来的两个主要问题：

  • 1.从两个不同的基类继承同名方法。
  • 2.从两个或更多相关的基类那里继承同一个类的多个实例。
class Singer:public Worker{...};
class Waiter:public Worker{...};
class SingerWaiter:public Singer,public Waiter{...};
  • Singer和Waiter都继承一个Worker组件，因此SingerWaiter将包含两份Worker的拷贝-->通常可以将派生来对象的地址赋给基类指针，但是现在将出现二义性。（基类指针调用基类方法时不知道调用哪个基类方法），第二个问题：比如worker类中有一个对象成员，那么就会出现

虚基类（virtual base class）

  • 虚基类使得从多个类（他们的基类相同）派生出的对象只继承一个基类对象。
class Singer:virtual public Worker{...};//virtual可以和public调换位置
class Waiter:public virtual Worker{...;
//然后将SingingWaiter定义为
class SingingWaiter：public Singer,public Waiter{...};

现在,SingingWaiter对象只包含Worker对象的一个副本

为什么不抛弃将基类声明为虚的这种方式，使虚行为成为MI的准则呢？（为什么不讲虚行为设为默认，而要手动设置）

  • 第一，一些情况下，可能需要基类的多个拷贝；
  • 第二，将基类作为虚的要求程序完成额外的计算，为不需要的工具付出代价是不应当的；
  • 第三，这样做是有缺点的，为了使虚基类能够工作，需要对C++规则进行调整，必须以不同的方式编写一些代码。另外，使用虚基类还可能需要修改已有的代码

虚基类的构造函数（需要修改）

  • 对于非虚基类，唯一可以出现在初始化列表的构造函数是即是基类构造函数。
  • 对于虚基类，需要对类构造函数采用一种新的方法。
  • 基类是虚的时候,禁止信息通过中间类自动传递给基类,因此向下面构造函数将初始化成员panache和voice，但wk参数中的信息将不会传递给子对象Waiter。然而，**编译器必须在构造派生对象之前构造基类对象组件；**在下面情况下，编译器将使用Worker的默认构造函数（即类型为Worker的参数没有用！而且调用了Worker的默认构造函数）
SingingWaiter(const Worker &wk,int p=0;int v=Singer:other):Waiter(wk,p),Singer(wk,v){}//flawed
  • 如果不希望默认构造函数来构造虚基类对象，则需要显式地调用所需的基类构造函数。
SingingWaiter(const Worker &wk,int p=0;int v=Singer:other):Worker(wk),Waiter(wk,p),Singer(wk,v){}
  • 上述代码将显式地调用构造函数worker(const Worker&)。请注意，这种调用是合法的，对于虚基类，必须这样做；但对于非虚基类，则是非法的。

有关MI的问题

  • 多重继承可能导致函数调用的二义性。

假如每个祖先（Singer，waiter）都有Show()函数。那么如何调用

  • 1.可以使用作用域解析符来澄清编程者的意图：
SingingWaiter newhire("Elise Hawks",2005,6,soprano);
newhire.Singer::Show();//using Singer Version
  • 2.然而，更好的方法是在SingingWaiter中重新定义Show(),并指出要使用哪个show。
P559～P560

1.混合使用虚基类和非虚基类

  • 如果基类是虚基类，派生类将包含基类的一个子对象；
  • 如果基类不是虚基类，派生类将包含多个子对象
  • 当虚基类和非虚基类混合是，情况将如何呢？
//有下面情况
class C:virtual public B{...};//B为虚基类
class D:virtual public B{...};//B为虚基类
class X: public B{...};       //B为非虚基类
class Y: public B{...};       //B为非虚基类
class M:public C,public D,public X,public Y{...};
  • 这种情况下，类M从虚派生祖先C和D那里共继承了一个B类子对象，并从每一个非虚派生祖先X和Y分别继承了一个B类子对象。因此它(M)包含三个B类子对象。
  • 当类通过多条虚途径和非虚途径继承了某个特定的基类时，该类包含一个表示所有的虚途径的基类子对象和分别表示各条非虚途径的多个基类子对象。(本例子中是1+2=3)

2.虚基类和支配(使用虚基类将改变C++解释二义性的方式)

  • 使用非虚基类是，规则很简单，如果类从不同的类那里继承了两个或更多的同名函数（数据或方法），则使用该成员名是，如果没有用类名进行限定，将导致二义性。
  • 但如果使用的是虚基类，则这样做不一定会导致二义性。这种情况下，如果某个名称**优先于（dominates）**其他所有名称，则使用它时，即使不使用限定符，也不会导致二义性。
class B
{
public:
short q();
...
};

class C:virtual public B
{
public:
long q();
int omg();
...
};

class D:public C
{
...
}

class E:virtual public B
{
private:
int omg();
...
};

class F: public D,public E
{
...
};
  • 1.类C中的q()定义优先于类B中的q()定义，因为类C是从类B派生而来的。因此F中的方法可以使用q()来表示C::q().（父子类之间有优先级，子类大于父类）
  • 2.任何一个omg()定义都不优先于其他omg()定义，因为C和E都不是对方的基类。所以，在F中使用非限定的omg()将导致二义性。
  • 3.虚二义性规则与访问规则（pravite,public,protected）无关，也就是说即使E::omg是私有的，不能在F类中直接访问，但使用omg()仍将导致二义性。

类模板

类模板

  • 类模板和模板函数都是以template开头（当然也可以使用class），后跟类型参数；类型参数不能为空，多个类型参数用逗号隔开。
template <typename 类型参数1，typename 类型参数2，typename 类型参数3>class 类名
{
//TODO
}
  • 类模板中定义的类型参数可以用在函数声明和函数定义中，
  • 类模板中定义的类型参数可以用在类型类声明和类实现中，
  • 类模板的目的同样是将数据的类型参数化。
template <class Type>
class Stack
{
private:
        enum {MAX=10};
        Type items[MAX];
        int top;
public:
        Stack();
        ……
}
template <class Type>
Stack<Type>::Stack()
{
        top=0;
}
  • Type:泛型标识符，这里的type被称为类型参数。这意味着它们类似于变量，但赋给它们的不是数字，而只能是类型
  • 相比于函数模板，类模板必须显式的提供所需的类型。
  • 模板不是函数，它们不能单独编译。模板必须与特定的**模板实例化(instantiation)**请求一起使用,为此，最简单的方法是将所有模板信息放在一个文件中，并在要使用这些模板的文件中包含该头文件。
//类声明Stack<int>将使用int替换模板中所有的Type
Stack<int>kernels;
Stack<string>colonels;

深入探讨模板

模板具体化（instantiation）和实例化（specialization）

模板以泛型的方式描述类，而具体化是使用具体的类型生成类声明。

  • 类模板具体化生成类声明
  • 类实例化生成类对象
  • 1.隐式实例化(implicit instantiation)

他们声明一个或多个对象，指出所需的类型，而编译器使用通用模板提供的处方生成具体的类定义；

Array<int,100>stuff;//隐式实例化
//在编译器处理对象之间，不会生成隐式实例化，如下
Array<double,30>*pt;//a pointer,no object needed yet
//下面语句导致编译器生成类定义，并根据该定义创建一个对象昂
pt=new Array<double,30>;
  • 2.显式实例化(explicit instantiation)

当使用关键字template并指出所需类型来声明类时，编译器将生成类声明的实例化

template class ArrayTP<string,100>;

这种情况下，虽然没有指出创建或提及类对象，编译器也将生成类声明（包含方法定义）。和隐式实例化也将根据通用模板来生成具体化。

  • 3.显式具体化(explicit specialization)---是特定类型（用于替换模板中的泛型）的定义

格式：template<>class Classname{...}; 有时候，可能需要在特殊类型实例化是，对模板进行修改，使其行为不同。在这种情况下，可以创建显式实例化。

//原来的类模板
template <typename T>class sortedArray
{
...//details omitted
};

当具体化模板和通用模板都与实例化请求匹配时，编译器将使用具体化版本。

//新的表示法提供一个专供const char*类型使用的SortedArray模板
template<>class SortedArray<const char*>
{
...//details omitted
};
  • 4.部分具体化(partical specialization)

部分限制模板的通用性

//general template 一般模板
    template<class T1,class T2>class Pair{...};
//specialization with T2 set to int部分具体化
    template<class T1>class Pair<T1,int>{...};

如果有多个模板可供选择，编译器将使用具体化程度最高的模板

Pair<double,double>p1;//使用了一般的Pair类模板
Pair<double,int>p2;//使用了部分具体化Pair<T1,int>
Pair<int,int>p3//使用了显式实例化Pair<int,int>

也可以通过为指针提供特殊版本来部分具体化现有模板：

    template<class T>
    class Feen{...};//一般版本的类模板
    template<class T*>
    class Feen{...};//部分具体化

将模板用作参数

template<template<typename T>class Thing>class Crab

模板类和友元

模板类声明也可以有友元。模板的友元分为3类：

  • 非模板友元：
  • 约束(bound)模板友元，即友元的类型取决于类被实例化时的类型；
  • 非约束(unbund)模板友元，即友元的所有具体化都是类的每一个具体化的友元。

模板类的非模板友元函数

  • 在模板类中奖一个常规函数声明为友元：
template <class T>
class HasFriend
{
public:
friend void counts();
...
};

上述声明指定counts()函数称为模板所有实例化的友元

  • counts()函数不是通过对象调用（它是友元不是成员函数），也没有对象参数，那么如何访问HasFriend对象？
  • 1.它可以访问全局对象
  • 2.它可以使用全局指针访问非全局对象
  • 3.可以创建自己的对象
  • 4.可以访问独立于对象的模板类的静态成员函数

模板类的约束模板友元

  • 1.首先，在类定义的前面声明每个模板函数

templatevoid counts(); templatevoid report(T &);

  • 2.然后，在函数中再次将模板声明为友元。这些语句根据类模板参数的类型声明
    template<typename TT>
    class HasFriendT
    {
    ...
    friend coid counts<TT>();
    friend coid report<>(HasFriendT<TT> &);
    };
  • 3.为友元提供模板定义

模板类的非约束模板友元函数

  • 前一节中的约束模板友元函数在类外面声明的模板的具体化。int类具体化获得int函数具体化，依此类推。通过类内部声明模板，可以创建非约束友元函数，即每个函数具体化都是每个类具体化的友元。对于非约束友元，友元模板类型参数与模板类类型参数是不同的：
template<typename T>
class ManyFriend
{
...
template<typename C,typename D>friend void show2(C &,D &);
};

模板别名(C++11)

  • 1.如果能为类型指定别名，浙江爱你个很方便，在模板设计中尤为如此。可使用typedef为模板具体化指定别名
typedef std::array<double,12> arrd;
typedef std::array<int,12> arri;
typedef std::array<std::string,12> arrst;
//使用
arrd gallones；
arri days;
arrst months;
  • 2.C++11新增了一项功能---使用模板提供一系列别名
template<typename T>
using arrtype=std::array<T,12>;//template aliases

这将arrtype定义为一个模板别名，可以用它来指定类型

arrtype<double> gallones;
arrtype<int> days;
arrtype<std::string> months;
  • C++11允许将语法using=用于非模板。用于非模板是，这种语法与常规typedef等价：
typedef const char *pc1; //typedef syntax/ 常规typedef语法
using pc2=const char*;   //using = syntax/ using =语法

可变参数模板(variadic template)18章