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C++中類的分層設(shè)計(jì)(純虛函數(shù))

作者:huqin   來源:本站原創(chuàng)   點(diǎn)擊數(shù):  更新時(shí)間:2014年03月13日   【字體:

   面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)是一種思想,而C++恰好是一種面向?qū)ο蟮恼Z言,在C++中設(shè)計(jì)類一般都會采用繼承基類(父類),設(shè)計(jì)派生類(子類),繼承和動態(tài)綁定的結(jié)合就巧妙的實(shí)現(xiàn)了實(shí)際的問題。但是如何設(shè)計(jì)出一個(gè)強(qiáng)大的類呢?今天在學(xué)習(xí)了純虛函數(shù)以后,我又覺得分層設(shè)計(jì)的思想真的是一個(gè)非常棒的設(shè)計(jì)思想。
 
    首先說明一下我只是一個(gè)初學(xué)者,寫出來的東西可能會有錯誤,說實(shí)在的沒寫過多少代碼,但是我認(rèn)為寫代碼是一個(gè)熟練的過程,一個(gè)完成思想的過程。只有有了思想,才能完成好的設(shè)計(jì),不斷的思考,不斷的總結(jié)才能學(xué)到新學(xué)到的東西,才能達(dá)到更高的目標(biāo)。
 
    在C++中虛函數(shù)是指將一個(gè)類中的虛函數(shù)后面加上=0,就說明該虛函數(shù)為純虛函數(shù)。一般該函數(shù)設(shè)置為純虛函數(shù),那么該函數(shù)也就沒有再次定義的必要了,因?yàn)榇嬖诩兲摵瘮?shù)的類就是一個(gè)抽象類,是不能夠創(chuàng)建對象的,不能創(chuàng)建對象也就不會主動的調(diào)用該函數(shù),哪怕在動態(tài)綁定的情況下也不會,因此不需要為該函數(shù)定義相關(guān)的操作,實(shí)質(zhì)上在此處聲明只是說明在該派生類中需要重寫基類的虛函數(shù),至于是否真的復(fù)寫,不要去關(guān)心。

    //存在純虛函數(shù)的類為抽象類
    class AbstructClass:public Base
    {
    public:
        //構(gòu)造函數(shù)
        AbstructClass(...):Base(...),...{}
        //析構(gòu)函數(shù)
        ~AbstructClass(){...}
       //這就是純虛函數(shù),一般func在基類中就為虛函數(shù),因此virtual也可以不寫
        virtual func(...) const = 0;
    //保證派生類能夠訪問數(shù)據(jù)成員,必須設(shè)置為protected
    protected:
       //一些數(shù)據(jù)成員定義
       ...
    };

   抽象類的作用主要是幫助完成實(shí)際派生類的設(shè)計(jì),為什么這么說呢?如果我們只創(chuàng)建一個(gè)基類,直接繼承基類創(chuàng)建實(shí)際的派生類,存在很多的問題,為什么這么說呢?比如說我要創(chuàng)建一個(gè)人的類,我們每一個(gè)人都是一個(gè)人的對象,在人的基類中一般只是包含了人的共性,不可能將某一個(gè)人的特殊定義到類中,當(dāng)然為了繼承,肯定也會創(chuàng)建一系列的虛函數(shù)。如果我們每一個(gè)人都直接從該基類派生,人的個(gè)體在世界上有60多億,我們每一個(gè)人實(shí)際上就是一個(gè)派生類,因?yàn)槊恳粋(gè)人都不同,都有自己獨(dú)特的特性(假設(shè)是一種數(shù)據(jù)對象),如果要實(shí)現(xiàn)這么多的派生類真的是一個(gè)不可想象的,而且我們可以知道很多人(類)實(shí)際上存在很多的相似性。
 
    這時(shí)我們實(shí)際上就可以采用抽象類來幫忙完成我們的設(shè)計(jì)。抽象類是連接在基類和實(shí)際派生類之間的中間類,實(shí)際派生類的直接基類是抽象類,也就說說基類是實(shí)際派生類的間接基類。在抽象層中主要完成什么操作呢?抽象層中主要完成對派生類共性數(shù)據(jù)成員的定義,為了方便派生類的數(shù)據(jù)訪問,必須設(shè)置為受保護(hù)訪問權(quán)限,創(chuàng)建純虛函數(shù),定義構(gòu)造函數(shù),應(yīng)該在初始化列表中首先創(chuàng)建基類對象,然后才能完成其他成員的初始化,有時(shí)候可能需要復(fù)制控制函數(shù)的實(shí)現(xiàn)。
 
    在實(shí)際的派生類設(shè)計(jì)過程中就不再直接從基類繼承,而是從抽象類中繼承,因?yàn)槌橄箢愔性黾恿艘恍┦鼙Wo(hù)成員數(shù)據(jù),且這些數(shù)據(jù)成員時(shí)派生類的共性,因此派生類中可以很方便的訪問。同時(shí)在該派生類中就應(yīng)該完成虛函數(shù)的復(fù)寫操作,因?yàn)閯討B(tài)綁定以后會直接調(diào)用該版本的虛函數(shù)。當(dāng)然有時(shí)候也要完成復(fù)制控制函數(shù)的定義。當(dāng)然可以設(shè)計(jì)很多基于抽象類的派生類。當(dāng)然在派生類中也可以增加自己的數(shù)據(jù)成員。

 

    //實(shí)際派生類從抽象類中繼承
    class ActualClass : public AbstructClass
    {
    public:
        ActualClass(...):AbstructClass(...),...{}
        //派生類中復(fù)寫虛函數(shù)
        func()
        {...}
    private:
        //派生類的一些數(shù)據(jù)
        ...
    };

基本的思想如下圖所示:

 
   從上面的圖可知,我們可以在實(shí)際的派生類與基類之間增加一個(gè)中間層,這種實(shí)現(xiàn)方式不僅能夠更好的隱藏?cái)?shù)據(jù),而且比較好的解決了我們上面提到的派生類過實(shí)現(xiàn)過于復(fù)雜的問題。因此我們可以認(rèn)為抽象類實(shí)際上就是一個(gè)分層設(shè)計(jì)的方法,也可以認(rèn)為是一個(gè)分成更加精細(xì)子類的方式方法,也就是說在基類的基礎(chǔ)上將對象分成很多子類(抽象類),然后在各個(gè)子類下設(shè)計(jì)新的派生類。比如在圖中的抽象類1,抽象類2是不同的,是兩種不同的分類,這候我們給予兩個(gè)抽象類的派生類當(dāng)然也就存在了差別。這樣實(shí)現(xiàn)的好處能夠避免很多的重復(fù)代碼。
 
    就假設(shè)我們要實(shí)現(xiàn)一個(gè)比較簡單的校園人類,假設(shè)已經(jīng)存在了一個(gè)人的基類(Base),那么學(xué)校的人存在很多的特征,但是我認(rèn)為主要分成了3大類,主要是學(xué)生、教師、服務(wù)人員,因此可以再基類的基礎(chǔ)上派生出三個(gè)抽象類,Studtent, Teacher, Service,就如同上面的抽象類1,抽象類2,抽象類3。這時(shí)候設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)際的派生類也就減小了很多的冗余。但是我們覺得還是會存在很多的相似之處,比如學(xué)生類而言,還是可以再分,可以分為男女,這樣分并不是最好的,我們實(shí)際上可以按照專業(yè)分,這時(shí)候又可以再Student的基礎(chǔ)上派生出不同的學(xué)生專業(yè)抽象類,在各個(gè)專業(yè)下又可以分為博士、研究生、大學(xué)生抽象類,在這些抽象類的基礎(chǔ)上還可以分為男女抽象類,到這時(shí)就可以直接完成具體每一個(gè)派生類的實(shí)現(xiàn)啦,這時(shí)候的直接基類就是男女學(xué)生抽象類,這樣就形成了一個(gè)多層次的分解問題,將一個(gè)大的問題分解成了很多的子類,在子類的基礎(chǔ)上在分成更細(xì)的子類,最后到達(dá)一個(gè)精細(xì)的抽象子類,這時(shí)實(shí)現(xiàn)一個(gè)具體的派生類就會非常的方便。也就減少了很多的冗余代碼,雖然設(shè)計(jì)的類更多了,但是實(shí)現(xiàn)的方式會更加的容易。所以說分層設(shè)計(jì)的思想是一個(gè)重要的思想,分層就能將一個(gè)大問題逐步喜歡,而在C++中純虛函數(shù)(抽象類)的運(yùn)用就能夠巧妙的解決這種多層次設(shè)計(jì)問題。所以說我們的分層設(shè)計(jì)不僅僅只是單一層的,也可以是多層次的。如下圖所示:
 
    因此我們應(yīng)該掌握C++中這種純虛函數(shù)的用法,只有掌握了這種設(shè)計(jì)方法才能實(shí)現(xiàn)更加漂亮的類設(shè)計(jì)。當(dāng)然上面只是我的一些遐想。具體的實(shí)現(xiàn)過程還需要在經(jīng)后的實(shí)踐中練習(xí)。在類的設(shè)計(jì)中多增加抽象類能夠簡化類的冗余度,使得類能更加方便的被繼承。從上面的結(jié)果我們可以將分層設(shè)計(jì)看做一個(gè)樹形結(jié)構(gòu),基類就是樹的根,而實(shí)際的派生類是就是葉,而那些中間的抽象層就是節(jié)點(diǎn)。

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