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C++中類的分層設計(純虛函數)

作者:huqin   來源:本站原創   點擊數:  更新時間:2014年03月13日   【字體:

   面向對象設計是一種思想,而C++恰好是一種面向對象的語言,在C++中設計類一般都會采用繼承基類(父類),設計派生類(子類),繼承和動態綁定的結合就巧妙的實現了實際的問題。但是如何設計出一個強大的類呢?今天在學習了純虛函數以后,我又覺得分層設計的思想真的是一個非常棒的設計思想。
 
    首先說明一下我只是一個初學者,寫出來的東西可能會有錯誤,說實在的沒寫過多少代碼,但是我認為寫代碼是一個熟練的過程,一個完成思想的過程。只有有了思想,才能完成好的設計,不斷的思考,不斷的總結才能學到新學到的東西,才能達到更高的目標。
 
    在C++中虛函數是指將一個類中的虛函數后面加上=0,就說明該虛函數為純虛函數。一般該函數設置為純虛函數,那么該函數也就沒有再次定義的必要了,因為存在純虛函數的類就是一個抽象類,是不能夠創建對象的,不能創建對象也就不會主動的調用該函數,哪怕在動態綁定的情況下也不會,因此不需要為該函數定義相關的操作,實質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,至于是否真的復寫,不要去關心。

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

   抽象類的作用主要是幫助完成實際派生類的設計,為什么這么說呢?如果我們只創建一個基類,直接繼承基類創建實際的派生類,存在很多的問題,為什么這么說呢?比如說我要創建一個人的類,我們每一個人都是一個人的對象,在人的基類中一般只是包含了人的共性,不可能將某一個人的特殊定義到類中,當然為了繼承,肯定也會創建一系列的虛函數。如果我們每一個人都直接從該基類派生,人的個體在世界上有60多億,我們每一個人實際上就是一個派生類,因為每一個人都不同,都有自己獨特的特性(假設是一種數據對象),如果要實現這么多的派生類真的是一個不可想象的,而且我們可以知道很多人(類)實際上存在很多的相似性。
 
    這時我們實際上就可以采用抽象類來幫忙完成我們的設計。抽象類是連接在基類和實際派生類之間的中間類,實際派生類的直接基類是抽象類,也就說說基類是實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據成員的定義,為了方便派生類的數據訪問,必須設置為受保護訪問權限,創建純虛函數,定義構造函數,應該在初始化列表中首先創建基類對象,然后才能完成其他成員的初始化,有時候可能需要復制控制函數的實現。
 
    在實際的派生類設計過程中就不再直接從基類繼承,而是從抽象類中繼承,因為抽象類中增加了一些受保護成員數據,且這些數據成員時派生類的共性,因此派生類中可以很方便的訪問。同時在該派生類中就應該完成虛函數的復寫操作,因為動態綁定以后會直接調用該版本的虛函數。當然有時候也要完成復制控制函數的定義。當然可以設計很多基于抽象類的派生類。當然在派生類中也可以增加自己的數據成員。

 

    //實際派生類從抽象類中繼承
    class ActualClass : public AbstructClass
    {
    public:
        ActualClass(...):AbstructClass(...),...{}
        //派生類中復寫虛函數
        func()
        {...}
    private:
        //派生類的一些數據
        ...
    };

基本的思想如下圖所示:

 
   從上面的圖可知,我們可以在實際的派生類與基類之間增加一個中間層,這種實現方式不僅能夠更好的隱藏數據,而且比較好的解決了我們上面提到的派生類過實現過于復雜的問題。因此我們可以認為抽象類實際上就是一個分層設計的方法,也可以認為是一個分成更加精細子類的方式方法,也就是說在基類的基礎上將對象分成很多子類(抽象類),然后在各個子類下設計新的派生類。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,這候我們給予兩個抽象類的派生類當然也就存在了差別。這樣實現的好處能夠避免很多的重復代碼。
 
    就假設我們要實現一個比較簡單的校園人類,假設已經存在了一個人的基類(Base),那么學校的人存在很多的特征,但是我認為主要分成了3大類,主要是學生、教師、服務人員,因此可以再基類的基礎上派生出三個抽象類,Studtent, Teacher, Service,就如同上面的抽象類1,抽象類2,抽象類3。這時候設計一個實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,我們實際上可以按照專業分,這時候又可以再Student的基礎上派生出不同的學生專業抽象類,在各個專業下又可以分為博士、研究生、大學生抽象類,在這些抽象類的基礎上還可以分為男女抽象類,到這時就可以直接完成具體每一個派生類的實現啦,這時候的直接基類就是男女學生抽象類,這樣就形成了一個多層次的分解問題,將一個大的問題分解成了很多的子類,在子類的基礎上在分成更細的子類,最后到達一個精細的抽象子類,這時實現一個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,雖然設計的類更多了,但是實現的方式會更加的容易。所以說分層設計的思想是一個重要的思想,分層就能將一個大問題逐步喜歡,而在C++中純虛函數(抽象類)的運用就能夠巧妙的解決這種多層次設計問題。所以說我們的分層設計不僅僅只是單一層的,也可以是多層次的。如下圖所示:
 
    因此我們應該掌握C++中這種純虛函數的用法,只有掌握了這種設計方法才能實現更加漂亮的類設計。當然上面只是我的一些遐想。具體的實現過程還需要在經后的實踐中練習。在類的設計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。從上面的結果我們可以將分層設計看做一個樹形結構,基類就是樹的根,而實際的派生類是就是葉,而那些中間的抽象層就是節點。

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