C++PrimerPlus:第十三章类和继承:抽象基类

:第十三章类和继承:抽象基类

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一、抽象基类

至此,介绍了简单继承和较复杂的多态继承。接下来更为复杂的是抽象基类(abstractbase class,ABC)。
我们来看一些可使用 ABC的编程情况。
有时候,使用is-a规则并不是看上去的那样简单。例如,假设您正在开发一个图形程序,该程序会显示圆和椭圆等。圆是椭圆的一个特殊情况–长轴和短轴等长的椭圆。因此,所有的圆都是椭圆,可以从Ellipse 类派生出Circle类。但涉及到细节时,将发现很多问题。首先考虑 Elipse 类包含的内容。数据成员可以包括椭圆中心的坐标、半长轴(长轴的一半)、短半轴(短轴的一半)以及方向角(水平坐标轴与长轴之间的角度)。另外,还可以包括一些移动圆、返回椭圆面积、旋转椭圆以及缩放长半轴和短半轴的方法:

class Ellipse
{
private:
	double x;//x-coordinate of the ellipse's center
	double y;//y-coordinate of the ellipse's center
	double a;//semimajor axis
	double b;//semiminor axis
	double angle;//orientation angle in degrees
public :
	void Move(intnx,ny){x=nx;y=ny};
	virtual double Area()const {return 3.14159*a* b};
	virtual void Rotate(double nang){angle += nang;}
	virtual void Scale(double sa,double sb){a*= sa;b *= sb;}
}

现在假设从 Ellipse 类派生出一个 Circle 类:

class Circle:public Ellipse
{

...
}

虽然圆是一种椭圆,但是这种派生是笨拙的。例如,圆只需要一个值(半径)就可以描述大小和形状,并不需要有长半轴(a)和短半轴(b)。Circle 构造函数可以通过将同一个值赋给成员a和b来照顾这种情况,但将导致信息冗余。angle 参数和 Rotate()方法对圆来说没有实际意义;而Scale()方法(顾名思义)会将两个轴作不同的缩放,将圆变成椭圆。可以使用一些技巧来修正这些问题,例如在 Circle 类中的私有部分包含重新定义的 Rotate()方法,使Rotate()不能以公有方式用于圆。但总的来说,不使用继承,直接定义 Circle 类更简单:

class Circle // no inheritance
{
	private:
		double x,//x-coordinate of the circle's center
		double y;//y-coordinate of the circle's center
		double r;radius
		...
	public:
	...
	void Move(int nx,ny){x = nx;y = ny;}
	double Area()constP{return3.14159*r*r;}
	void Scale(double sr){r*=sr;}
}

现在,类只包含所需的成员。但这种解决方法的效率也不高。Circle和Elipse 类有很多共同点,将它
们分别定义则忽略了这一事实。还有一种解决方法,即从Ellipse和 Circle类中抽象出它们的共性,将这些特性放到一个 ABC中。然后从该ABC派生出 Circle 和 Elipse 类。这样,便可以使用基类指针数组同时管理 Circle 和 Ellipse 对象,即可以使用多态方法)。在这个例子中,这两个类的共同点是中心坐标、Move()方法(对于这两个类是相同的)和 Area()方法(对于这两个类来说,是不同的)。确实,甚至不能在 ABC中实现 Area()方法,因为它没有包含必要的数据成员。C++通过使用纯虚函数(pure virtualfunction)提供未实现的函数。纯虚函数声明的结尾处为=0,参见Area()方法:

class BaseEllipse //abstract base class
{
private:
	double x;//x-coordinate of center
	double Y;//y-coordinate of center
public :
	BaseEllipse(doublex0=0,doubley0=0):x(x0)y(y0){}
	virtual ~BaseEllipse(){}
	void Move(int nx,ny){x=nx;y=ny;}
	virtual double Area()const =0;//a pure virtual function
}

当类声明中包含纯虚函数时,则不能创建该类的对象。这里的理念是,包含纯虚函数的类只用作基类要成为真正的 ABC,必须至少包含一个纯虚函数。原型中的=0使虚函数成为纯虚函数。这里的方法 Area()没有定义,但C++甚至允许纯虚函数有定义。例如,也许所有的基类方法都与Move()一样,可以在基类
中进行定义,但您仍需要将这个类声明为抽象的。在这种情况下,可以将原型声明为虚的:

void Move(int nx,ny)=0;

这将使基类成为抽象的,但您仍可以在实现文件中提供方法的定义:

void BaseEllipse::Move(intnx,ny){x=nx;y=ny;}

总之,在原型中使用=0指出类是一个抽象基类,在类中可以不定义该函数。

现在,可以从 BaseEllipse类派生出Elips类和 Circle 类,添加所需的成员来完成每个类。需要注意的一点是,Circle 类总是表示圆,而 Elipse 类总是表示椭圆–也可以是圆。然而,Elipse 类圆可被重新缩放为非圆,而 Ciecle 类圆必须始终为圆。

使用这些类的程序将能够创建 Elipse对象和Circle对象,但是不能创建 BaseEllipse对象。由于 Circle和 Elipse 对象的基类相同,因此可以用BaseEllipse 指针数组同时管理这两种对象。像 Circle 和 Ellipse 这样的类有时被称为具体(concrete)类,这表示可以创建这些类型的对象。

总之,ABC描述的是至少使用一个纯虚函数的接口,从ABC派生出的类将根据派生类的具体特征,使用常规虚函数来实现这种接口。


总结

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