C++基类和派生类私有、保护、公有成员访问控制以及动态绑定、三种继承
来源:互联网 发布:mac os 同版本更新 编辑:程序博客网 时间:2024/05/22 02:27
1.类的一个特征就是封装,public和private作用就是实现这一目的。所以:
用户代码(类外)可以访问public成员而不能访问private成员;private成员只能由类成员(类内)和友元访问。private不能被继承,不能被子类的成员函数访问。
2.类的另一个特征就是继承,protected的作用就是实现这一目的。所以:
protected成员可以被类成员和友元访问,也可以被派生类对象访问,不能被用户代码(类外)访问。
3,virtual函数
在设计一个基类的时候,如果发现一个函数需要在派生类里有不同的表现,那么它就应该是虚的。
从设计角度讲,出现在基类中的虚函数是接口,出现在派生类中的虚函数是接口的具体实现。通过
这样的方法,就可以将对象的行为抽象化。即,虚函数在子类中被重新定义。
4.C++中的静态绑定和动态绑定
C++在面向对象编程中,存在着静态绑定和动态绑定的定义,本节即是主要讲述这两点区分。
我是在一个类的继承体系中分析的,因此下面所说的对象一般就是指一个类的实例。
首先我们需要明确几个名词定义:
- 静态类型:对象在声明时采用的类型,在编译期既已确定;
- 动态类型:通常是指一个指针或引用目前所指对象的类型,是在运行期决定的;
- 静态绑定:绑定的是静态类型,所对应的函数或属性依赖于对象的静态类型,发生在编译期;
- 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;
从上面的定义也可以看出,非虚函数一般都是静态绑定,而虚函数都是动态绑定(如此才可实现多态性)。
先看代码和运行结果:
1 class A 2 { 3 public: 4 /*virtual*/ void func(){ std::cout << "A::func()\n"; } 5 }; 6 class B : public A 7 { 8 public: 9 void func(){ std::cout << "B::func()\n"; }10 };11 class C : public A12 {13 public:14 void func(){ std::cout << "C::func()\n"; }15 };
下面逐步分析测试代码及结果,
1 C* pc = new C(); //pc的静态类型是它声明的类型C*,动态类型也是C*;2 B* pb = new B(); //pb的静态类型和动态类型也都是B*;3 A* pa = pc; //pa的静态类型是它声明的类型A*,动态类型是pa所指向的对象pc的类型C*;4 pa = pb; //pa的动态类型可以更改,现在它的动态类型是B*,但其静态类型仍是声明时候的A*;5 C *pnull = NULL; //pnull的静态类型是它声明的类型C*,没有动态类型,因为它指向了NULL;
如果明白上面代码的意思,请继续,
1 pa->func(); //A::func() pa的静态类型永远都是A*,不管其指向的是哪个子类,都是直接调用A::func();2 pc->func(); //C::func() pc的动、静态类型都是C*,因此调用C::func();3 pnull->func(); //C::func() 不用奇怪为什么空指针也可以调用函数,因为这在编译期就确定了,和指针空不空没关系;
如果注释掉类C中的func函数定义,其他不变,即
1 class C : public A2 {3 };4 5 pa->func(); //A::func() 理由同上;6 pc->func(); //A::func() pc在类C中找不到func的定义,因此到其基类中寻找;7 pnull->func(); //A::func() 原因也解释过了;
如果为A中的void func()函数添加virtual特性,其他不变,即
1 class A2 {3 public:4 virtual void func(){ std::cout << "A::func()\n"; }5 };6 7 pa->func(); //B::func() 因为有了virtual虚函数特性,pa的动态类型指向B*,因此先在B中查找,找到后直接调用;8 pc->func(); //C::func() pc的动、静态类型都是C*,因此也是先在C中查找;9 pnull->func(); //空指针异常,因为是func是virtual函数,因此对func的调用只能等到运行期才能确定,然后才发现pnull是空指针;
分析:
在上面的例子中,
1. 如果基类A中的func不是virtual函数,那么不论pa、pb、pc指向哪个子类对象,对func的调用都是在定义pa、pb、pc时的静态类型决定,早已在编译期确定了。
同样的空指针也能够直接调用no-virtual函数而不报错(这也说明一定要做空指针检查啊!),因此静态绑定不能实现多态;
2. 如果func是虚函数,那所有的调用都要等到运行时根据其指向对象的类型才能确定,比起静态绑定自然是要有性能损失的,但是却能实现多态特性;
本文代码里都是针对指针的情况来分析的,但是对于引用的情况同样适用。
至此总结一下静态绑定和动态绑定的区别:
1. 静态绑定发生在编译期,动态绑定发生在运行期;
2. 对象的动态类型可以更改,但是静态类型无法更改;
3. 要想实现动态,必须使用动态绑定;
4. 在继承体系中只有虚函数使用的是动态绑定,其他的全部是静态绑定;
建议:
绝对不要重新定义继承而来的非虚(non-virtual)函数(《Effective C++ 第三版》条款36),因为这样导致函数调用由对象声明时的静态类型确定了,而和对象本身脱离了关系,没有多态,也这将给程序留下不可预知的隐患和莫名其妙的BUG;
另外,在动态绑定也即在virtual函数中,要注意默认参数的使用。当缺省参数和virtual函数一起使用的时候一定要谨慎,不然出了问题怕是很难排查。
看下面的代码:
1 class E 2 { 3 public: 4 virtual void func(int i = 0) 5 { 6 std::cout << "E::func()\t"<< i <<"\n"; 7 } 8 }; 9 class F : public E10 {11 public:12 virtual void func(int i = 1)13 {14 std::cout << "F::func()\t" << i <<"\n";15 }16 };17 18 void test2()19 {20 F* pf = new F();21 E* pe = pf;22 pf->func(); //F::func() 1 正常,就该如此;23 pe->func(); //F::func() 0 哇哦,这是什么情况,调用了子类的函数,却使用了基类中参数的默认值!24 }
为什么会有这种情况,请看《Effective C++ 第三版》 条款37。
这里只给出建议:
绝对不要重新定义一个继承而来的virtual函数的缺省参数值,因为缺省参数值都是静态绑定(为了执行效率),而virtual函数却是动态绑定。
5,三种继承
C++对父类(也称基类)的继承有三种方式,分别为:public继承、protected继承、private继承。三种继承方式的不同在于继承之后子类的成员函数的“可继承性质”。
在说三种继承方式导致的子类成员函数可继承性质改变之前,先说一下在定义类的成员(包括函数和属性)的时候,在其前面添加public 或 protected 或 private对成员的可继承性的影响。其中,public类型的成员,在被继承的时候,能直接被子类使用,注意,如果成员属性是public的话,子类则可直接调用该成员属性。例如:
- class A // 父类
- {
- public:
- A();
- int size;
- }
- class B:public A // 子类
- {
- public:
- change(const int x)
- {
- size = x;
- }
- }
我这里写了个很简单的例子,其中父类A具有一个public类型的成员函数A()和一个public类型的成员属性size(int)。因为size是public的,所以在A的子类B中,B的成员函数可以直接调用size进行修改。因为size也是B的属性并且是可见也是可修改的。
如果成员是protected的话,表明只有这个类的继承类(子女)或者友好的类(friend)能购使用(直接调用)这些成员,否则不能使用。然后private成员的话固然是只有自己本身这个类可用,对其他任何类都不可见,也不可用,引用百度百科上的一段话概括这三者就是:
“1、public:public表明该数据成员、成员函数是对所有用户开放的,所有用户都可以直接进行调用
2、private:private表示私有,私有的意思就是除了class自己之外,任何人都不可以直接使用,私有财产神圣不可侵犯嘛,即便是子女,朋友,都不可以使用。
3、protected:protected对于子女、朋友来说,就是public的,可以自由使用,没有任何限制,而对于其他的外部class,protected就变成private。”
好,下面进入正题,就是三种对父类的不同继承方式对子类可继承方式的影响:
(1)public继承:
不改变父类成员的继承性质(public、protected、private),也就是说,父类public的成员在子类中仍然是public的,父类protected的成员在子类中仍然是protected的。派生类的成员函数可以访问基类的,公有,保护成员,但是不能访问的她的私有成员。基类的私有和保护成员对对象是不可见的,对象只能直接访问基类的公有对象。
(2)protected继承:
父类public类型的成员在子类中变为protected性质,protected的被继承依然是protected的。
派生类的成员函数可以访问基类的,公有,保护成员,但是不能访问的她的私有成员。基类的私有和保护成员,公有成员对对象是不可见的。
(3)private继承:
父类所有成员在被子类中都变成或者保留为private性质的。
派生类的成员函数可以访问基类的,公有,保护成员,但是不能访问的她的私有成员。基类的私有和保护成员,公有成员对对象是不可见的。
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