C++的重要性质！

 C++是一种扭转程序员思维模式的语言，一个人思维模式的扭转，不可能轻而易举一蹴而就。

C++是最重要的面向对象语言，因为它站在C语言的肩膀上，而C语言拥有绝对多数的使用者，C++并非纯粹的面向对象程序语言，但有时候混血并不是坏事，纯种不见得就有多好。（所谓纯面向对象语言，是指不管什么东西，都应该存在于对象之中，java就是纯面向对象语言）。C++语言范围何其广大，这部分主题的挑选完全是以MFC Programming所需技术为前提。

1、类及其成员----谈封装

      让我们把世界看成是一个由对象（object）所组成的大环境。对象是什么？说白了，“东西”是也！任何实际的物体你都可以说他是对象。为了描述对象，我们应该先把对象的属性描述出来，好，给“对象的属性”一个比较学术的名词，就是“类”（class）。

      对象的属性有2大成员，一是属性，一是方法。在面向对象的术语中，前者常被称为property，后者常被称为method。另有一种比较像程序设计领域的术语，名为member variable（或data member）和member function。为求统一，本部分使用第二组术语，也就是member variable（或data member）和member function。一般而言，成员变量通常由成员函数处理。

      如果我们以CSquare代表“正方形”这种类。正方形有color，正方形可以display。好，color就是一种成员变量，display就是一种成员函数：

 

//下面是C++语言对CSquare的描述：
class CSquare
{
private:
      int m_color;
public:
      void display();
      void setcolor(int color){m_color=color;}
};
void main()
{
      CSquare square;//声明一个CSquare类的对象
      square.setcolor(RED);//设定成员变量
      square.display();//调用成员函数
}

 

 

      成员变量可以只在类内部被处理，也可以开放给外界处理。以数据封住的目的而言，自然是前者较为妥当，但有时候也不得不放开。为此，C++提供了private、public、protected三种修饰词。一般而言，成员变量尽量声明为private，成员函数通常声明为public。上例中的m_color既然声明为private，我们势必得准备一个成员函数setcolor，供外界设定颜色用。

      把数据声明为private，不允许外界随意存取，只能通过特定的接口来操作，这就是面向对象的封住特性。

2、基类与派生类：谈继承（inheritance）

      其它语言欲完成封装性质，并不太难。以C为例，在结构中放置资料以及处理资料的函数的指针，就可以得到某种程度的封装。C++神秘而特有的性质其实在于继承。矩形是形、椭圆形也是形、三角形也是形。苍蝇是昆虫、蜜蜂是昆虫、蚂蚁也是昆虫。是的，人类习惯把相同的性质抽取出来，成立一个基类（base class），再从中演化出派生类（derived class）。所以，关于形状，我们就有了这样的类层次结构。

 

class CShape
{
private:
      int m_color;
public:
      void setcolor(int color){m_color=color;}
};
//-------------------------------------------------
class CRect : public CShape//矩形是一种形状
{                          //它会继承m_color和setcolor()
public:
      void display(){...}
};
//-------------------------------------------------
class CEllipse : public CShape//椭圆是一种形状
{                             //它会继承m_color和setcolor()
public:
      void display(){...}
};
//-------------------------------------------------
class CTriangle : public CShape//三角形是一种形状
{                             //它会继承m_color和setcolor()
public:
      void display(){...}
};
//-------------------------------------------------
class CSquare : public CRect//正方形是一种矩形
{                             //它会继承m_color和setcolor()
public:
      void display(){...}
};
//-------------------------------------------------
class CCircle : public CEllipse//圆形是一种椭圆
{                             //它会继承m_color和setcolor()
public:
      void display(){...}
};
//于是你可以这么操作：
CSquare square;
CRect rect1,rect2;
CCircle circle;
square.setcolor(1);
square.display();
rect1.setcolor(2);
rect1.display();
rect2.setcolor(3);
rect2.display();
circle.setcolor(4);
circle.display();

 

 

注意以下这些问题与事实：

1）所有类都是由CShape派生下来的，所以它们都自然而然继承了CShape的成员，包括变量和函数。也就是说，所有的形状都暗自具备了m_color变量和setcolor函数。所谓的暗自（implicit），意思是无法从各派生类的声明中直接看出来。

2）两个矩形对象rect1和rect2各有自己的m_color，但关于setcolor函数却是共享相同的CRect::setcolor（其实更应该说是CShape::setcolr）。想一下，同一个函数如何处理不同的数据，为什么rect1.setcolor和rect2.setcolor明明都是调用CRect::setcolor()，却能够有条不紊的处理rect1.m_color和rect2.m_color?答案在于所谓的this指针，下一节我们就会提到它。

3）既然所有类都有display操作，那么把它提升到老祖宗CShape去，然后再继承它好吗？不好，因为display函数应该因不同的形状而操作不同。

4）如果display不能提升到基类去，我们就不能够以一个for循环或while循环干净漂亮的完成下列操作（此操作模式在面向对象方法中重要无比）：

CShape shapes[5];

//...令5个shape各为矩形、正方形、椭圆、圆形、三角形

for(int i=0;i<5;i++)

      shapes[i].display();

5）Shape只是一种抽象概念，世界上并没有“形状”这种东西，你可以在一个C++程序中做以下操作，但是不符合生活法则：

CShape shape；//世界上没有“形状”这种东西

shape.setcolor();//所以这个操作就有点古怪

这同时也说出了第三点的另一个否定理由：按理你不能把一个抽象的“形状”显示出来，不是吗？

3、this指针

      刚才讲过，两个矩形对象rect1和rect2各有自己的m_color成员变量，但rect1.setcolor()和rect2.setcolor()却都通往唯一的CRect::setcolor()成员函数，那么CRect::setcolor()如何处理不同对象中的m_color？答案是：成员函数有一个隐藏参数，名为this指针，但你调用：

rect1.setcolor(2);

rect2.setcolor(3);

时，编译器实际上为你做出来的代码是：

CRect::setcolor(2,CRect*(&rect1));

CRect::setcolor(3,CRect*(&rect2));

不过，由于CRect本身并没有setcolor，它是从CShape继承来的，所以编译器实际上产生的代码是：

CShape::setcolor(2,CRect*(&rect1));

CShape::setcolor(3,CRect*(&rect2));

多出来的参数就是所谓的this指针，至于类之中成员函数的定义：

 

class CShape
{
......
public:
      void setcolor(int color){n_color=color}
};

 

 

被编译过后，其实是：

 

class CShape
{
......
public:
      void setcolor(int color，(CShape*)this){this->n_color=color}
};

 

 

4、虚函数与多态（polymorphism）

      前面曾经提到过，前一个例子不能完成这样的操作：

CShape shape[5];

//...令5个shape各为矩形、正方形、椭圆、圆形、三角形

for(int i=0;i<5;i++)

      shapes[i].display();

但是这种所谓“对象操作的一般化操作”在application framework中非常重要。我们希望display函数能根据CShape派生出来的类的不同，只需调用display就能显示自己的形状特性。

      为了支持这种能力，C++提供了所谓的虚函数（virtual function）。

虚拟+函数？！听起来很恐怖的样子，如果你了解汽车的离合器踩下去 代表 汽车空挡，空挡表示失去引擎本身的牵制力，你就会了解“高速行驶时刹车决不能踩离合器”的道理并矢志遵守它。好，如果你真的了解为什么需要虚拟函数 以及 什么情况下需要它，你就能够掌握它的灵魂与内涵，真正了解它的设计原理，并且发现它非常合乎人性。并且，真正知道怎么用它。

看下面的一个例子：

 

#include <string.h>
//-----------------------------------------------
class CEmployee//职员
{
private:
    char m_name[30];
public:
    CEmployee();
    CEmployee(const char* nm){strcpy(m_name,nm);}
};
//------------------------------------------------
class CWage : public CEmployee //时薪职员是一种职员
{
private:
    float m_wage;
    float m_hours;
public:
    CWage(const char* nm):CEmployee(nm)
    {
        m_wage=250.0;
        m_hours=40.0;
    }
    void setWage(float wg)
    {
        m_wage=wg;
    }
    void setHours(float hrs)
    {
        m_hours=hrs;
    }
    float computePay()
    {
        return (m_wage*m_hours);//时薪职员以 钟点费*每周工时 计薪
    }
};
//------------------------------------------------
class CSales : public CWage //销售员是一种时薪职员
{
private:
    float m_comm;
    float m_sale;
public:
    CSales(const char* nm):CWage(nm)
    {
        m_comm=m_sale=0;
    }
    void setCommission(float comm)
    {
        m_comm=comm;
    }
    void setSales(float sale)
    {
        m_sale=sale;
    }
    float computepay()
    {
        return  CWage::computePay() + m_comm*m_sale;//销售员以 钟点费*每周工时+佣金*销售额 计薪
    }
};
//------------------------------------------------
class CManager : public CEmployee //经理也是一种职员
{
private:
    float m_salary;
public:
    CManager(const char* nm):CEmployee(nm)
    {
        m_salary=15000;
    }
    void setSalary(float salary)
    {
        m_salary=salary;
    }
    float computePay()
    {
        return m_salary;//经理以 固定周薪 计薪
    }
};

 

 

虚函数的故事要从薪水的计算说起，根据不同职员的计薪方式，设计了computePay()函数。看上面代码中computePay函数的实现，注意代码中的作用域操作符（::）。

接下来我们要触及对象类型的转换，这关系到指针的运用，更直接关系到为什么需要虚函数。了解它，对application framework如MFC者的运用十分十分重要。

假设我们有2个对象：

CWage aWager;

CSales aSales("张三");

销售员是时薪员之一，因此这样做是合理的：

aWager=aSales;//合理，销售员必定是时薪员

这样就不合理：

aSales=aWager;//错误，时薪员未必是销售员

如果你一定要转换，必须使用指针，并且明显的做类型转换（cast）操作：

 

CWage* pWager;
CSales* pSales;
CSales aSales("张三");
pWager=&aSales;//把一个基类指针 指向 派生类对象 合理且自然
pSales=(CSales*)pWager;//强迫转换，语句上可以，但不符合实际

 

 

为了某种便利（这个便利稍候即可看到），我们也会想以“一个通用的指针”表示所有可能的职员类型。无论如何，销售员、时薪职员、经理都是职员，所以下面的操作合情合理：

 

CEmployee* pEmployee;
CWage aWager("john");
CSales aSales("jack");
CManager aManager("mary");
pEmployee=&aWager;//合理，因为时薪员必是职员
pEmployee=&aSales;//合理，因为销售员必是职员
pEmployee=&aManager;//合理，因为经理必是职员

 

 

也就是说，可以把一个“职员指针”指向任何一种职员。这带来的好处就是程序设计的巨大弹性，譬如说你设计一个链表，各个元素都是职员，你的add函数可能因此希望有一个“职员指针”作为参数：add(CEmployee* pEmp);//pEmp可以指向任何一种职员

5、晴天霹雳

      我们渐渐接触问题的核心，上述C++性质使真实生活经验 的确在 计算机语言中仿真了出来，但是万里无云的日子里却出现了一个晴天霹雳：如果你以一个“基类之指针”指向一个“派生类之对象”，那么经由此指针，你就只能够调用基类（而不是派生类）所定义的函数。

 

CSales aSales("Jack");
CSales* pSales;
CWage* pWager;
pSales=&aSales;
pWager=&aSales;//以“基类指针”指向“派生类对象”
pWager->setSales(800.0);//错误（编译器会检测出来），因为CWage并没有定义setSales()函数
pSales->setSales(800.0);//正确，调用的是CSales::setSales();函数

 

 

虽然pSales和pWager指向同一个对象，但却因指针的原始类型不同而使2者之间有了差异，，延续此例，我们看另一种情况：

pWager->computePay();//调用CWage::computePay()

pSales->computePay();//调用CSales::computePay()

虽然pWager和pSales指向同一个对象CSales，但两者调用的computePay却不相同。到底该调用哪个函数，必须视指针的原始类型而定，与指针实际所指对象无关。

三个结论：

1）如果你以一个“基类指针”指向“派生类对象”，那么经由该指针你只能够调用基类所定义的函数。

2）如果你以一个“派生类之指针”指向“基类对象”，你必须先做明星的类型转换。这种做法很危险，不符合真实生活经验，在程序设计上也会给程序员带来困惑。

3）如果基类和派生类都定义了“相同名称的成员函数”，那么通过对象指针调用成员函数时，到底调用哪一个函数，必须视指针的原始类型而定，而不是视指针实际所指的对象类型而定，这与第一点的意义相通。

      得到这些结论以后，看看什么事情会困扰我们，前面我曾提到一个由职员组成的链表，如果我想写一个printNames函数遍历链表中的每一个元素并打印出职员的名字，我们可以在CEmployee（最基类）中多加一个getName函数，然后再设计一个While循环，以此打印职员链表中职员的名字（遍历链表的每个元素，调用其getName函数即可）。

      但是函数的调用是依赖指针的原始类型而不管它实际上指向何方（何种对象），所以，上面所想象的循环都执行的是同一条语句。即基类CEmployee的getName函数，不能达到我们预期的目的。

6、虚函数与一般化

      你可以体会，上述的while循环其实就是把操作“一般化”。“一般化”之所以重要，在于它可以把现在的、未来的统统纳入考虑。将来即使有另一种名曰“顾问”的职员，上述计薪循环应该仍然能够正常运行。当然了，“顾问”的computePay必须设计好。

      “一般化”如此重要，解决上述问题因此也就迫切起来，我们需要的是什么呢？是能够“依旧以基类指针代表每一种职员”，而又能够在“实际指向不同种类之职员”时，调用到不同版本只computePay的能力。这种性质就是多态（polymorphism），靠虚函数来完成。

      从 操作性 定义来看，什么是虚函数呢？如果你预期派生类有可能重新定义某一个成员函数，那么你就在基类中把此函数设为virtual。MFC有2个非常重要的虚函数，与document有关的Serialize函数和与View有关的OnDraw函数。你应该在自己的CMyDoc和CMyView中改写这两个函数。

7、多态（polymorphism）

      你看，我们以相同的指令却调用了不同的函数，这种性质称为多态，编译器无法再编译时判断到底该调用哪一个函数，必须在执行时才能判断，这成为后期绑定或动态绑定。至于C函数或C++的non-virtual函数，在编译时期就转化为一个固定地址的调用了，这成为前期绑定或静态绑定。

      多态的目的，就是要让处理“基类之对象”的程序代码，能够完全无碍的继续适当处理“派生类之对象”。可以说，虚函数是多态以及动态绑定的关键，同时，它也是了解如何使用MFC的关键。

      再次回到前面CShape的例子。我们说CShape是抽象的，所有它根本不应该有display这个操作，但为了在各具体派生类中绘图，我们又不得不在基类CShape中加上display虚函数，你可以定义它什么也不做：

 

class CShape
{
public:
      virtual void display(){}
};
或只是给个消息：
class CShape
{
public:
      virtual void display(){cout<<"Shape"<<endl;}
};

 

 

 

这两种做法都不高明，因为这个函数根本就不应该被调用，我们根本就不该定义它，步定义但又必须保留一块空间给它，于是C++提供了所谓的纯虚函数：

 

 

class CShape
{
public:
      virtual void display()=0;
};

 

 

 

纯虚函数不需要定义实际操作，它的存在只是为了在派生类中被重新定义，只是为了提供一个多态接口。只要是拥有纯虚函数的类，就是一种抽象类，它是不能够被实例化的，也就是说，你不能根据它产生一个对象，如果硬要用抽象类来产生一个对象，那么会换来这样的编译消息：error:illegal attempt to instantiate abstract class.

关于抽象类还有一点需要补充，CCircle继承了CShape之后，如果没有改写CShape中的纯虚函数，那么CCircle本身也就成为一个拥有纯虚函数的类，于是它也是一个抽象类。

对虚函数的总结：

1）如果你期望 派生类 重新定义 一个成员函数，那么你应该在基类中把此函数设为virtual。

2）以单一指令调用不同函数，这种性质成为多态

3）虚函数是C++语言多态以及动态绑定的关键

4）既然抽象类中的虚函数不打算被调用，我们就不应该定义它，应该把他设为纯虚函数（在函数声明之后加上“=0”即可）

5）我们可以说，拥有纯虚函数者为抽象类，以别于所谓的具体类

6）抽象类不能产生出对象实例，但我们可以拥有指向抽象类的指针，以便于操作抽象类的各个派生类

7）虚函数派生下去仍为虚函数，而且可以省略virtual关键词