Object Oriented Programming and Object Oriented Design(面向?qū)ο缶幊毯驮O(shè)計(jì))

本章內(nèi)容：
1 組合與繼承
2 虛函數(shù)與多態(tài)
3 委托相關(guān)設(shè)計(jì)

1 組合與繼承

• 在該節(jié)中包含了三種關(guān)系：
  (1). Composition(復(fù)合)
  (2). Delegation(委托)
  (3). Inheritance(繼承)

(1) Composition(復(fù)合)

• 復(fù)合表示has-a關(guān)系，例如queue包含deque，代碼如下所示：

has-a關(guān)系圖

• 復(fù)合關(guān)系下的構(gòu)造和析構(gòu)，下圖中Container包含Component，UML圖和對(duì)象結(jié)構(gòu)圖如下所示：
  

  UML和對(duì)象結(jié)構(gòu)圖

• 構(gòu)造由內(nèi)而外：

• Container的構(gòu)造函數(shù)首先調(diào)用Component的default構(gòu)造函數(shù)，然后再執(zhí)行自己的構(gòu)造函數(shù)，如下所示：

    Container::Container(...) : Component() {...}
  

• 其中Component()是編譯器默認(rèn)添加上去的。

• 析構(gòu)由外而內(nèi)：

• Container的析構(gòu)函數(shù)首先執(zhí)行自己的析構(gòu)函數(shù)，然后再調(diào)用Component的析構(gòu)函數(shù)，如下所示：

    Container::~Container(...)  {... ~Component(); }
  

• 其中~Component()是編譯器默認(rèn)添加上去的。

(2) Delegation(委托)

• 委托可以用Composition by reference表示，其中Composition by reference在這表示指針的意思，UML圖如下所示：

  
  
  Delegation(委托)

• 經(jīng)典的pImpl(point to implement)或Handle/Body模式，如下代碼所示：

    class StringRep;
    class String {
    public:
            String();
            String(const char* s);
            String(const String& s);
            String& operator=(const String& s);
            ~String();
    ......
    private:
            StringRep* rep;    // pImpl
    };
    class StringRep {
    public:
            friend class String;
            StringRep(const char* s);
            ~StringRep();
    private:
            int count;
            char* rep;
    };
    String::String() { ... }
    ......
  

• 這個(gè)pImpl俗稱(chēng)“編譯防火墻”，其可以用一個(gè)指針指向一個(gè)類(lèi)，StringRep類(lèi)實(shí)現(xiàn)了具體的方法功能，String類(lèi)只調(diào)用StringRep類(lèi)的指針來(lái)實(shí)現(xiàn)其定義的接口，如此一來(lái)對(duì)外接口可以保持不變，而具體的實(shí)現(xiàn)部分可以根據(jù)實(shí)際要求來(lái)用不同的方式實(shí)現(xiàn)，從而達(dá)到了接口和實(shí)現(xiàn)隔離的效果。

(3) Inheritance(繼承)

• 繼承表示is-a關(guān)系，如下圖表示：
  

  is-a關(guān)系圖

• 繼承關(guān)系下的構(gòu)造和析構(gòu)：

  
  
  UML和對(duì)象結(jié)構(gòu)圖

• 構(gòu)造由內(nèi)而外：

• Derived的構(gòu)造函數(shù)首先調(diào)用Base的defaule構(gòu)造函數(shù)，然后再執(zhí)行自己的構(gòu)造函數(shù)，如下代碼所示：

            Derived::Derived(...) : Base() { ... }
  

• 其中Base()是編譯器默認(rèn)添加上去的。

• 析構(gòu)由外而內(nèi)：

• Derived的析構(gòu)函數(shù)首先執(zhí)行自己的構(gòu)造函數(shù)，然后再調(diào)用Base的析構(gòu)函數(shù)，如下代碼所示：

            Derived::Derived(...)  { ... ~Base() }
  

• 其中~Base()是編譯器默認(rèn)添加上去的。
  注意:base class的destructor必須是virual的，否則會(huì)造成內(nèi)存泄漏或其他沒(méi)有定義的行為。

2 虛函數(shù)與多態(tài)

• Inheritance(繼承) with virtual functions(虛函數(shù))
  (1). non-virtual函數(shù)：你不希望derived class重新定義(override，覆寫(xiě))它。
  (2). virtual函數(shù)：你希望derived class重新定義(override，覆寫(xiě))它，且你對(duì)它已有默認(rèn)定義。
  (3). pure virtual函數(shù)：你希望derived class一定要重新定義(override，覆寫(xiě))它，你對(duì)它沒(méi)有默認(rèn)定義。

• 三種functions的代碼表示方式如下圖：
  

  virtual functions虛函數(shù)

• Inheritance+Composition關(guān)系下的構(gòu)造和析構(gòu)
  (1) Derived has a Component & Derived is a Base，UML圖如下所示：

  
  
  UML圖

• 構(gòu)造由內(nèi)而外：

• Derived的構(gòu)造函數(shù)首先調(diào)用Base的default構(gòu)造函數(shù)，然后調(diào)用Component的構(gòu)造函數(shù)，最后執(zhí)行自己的構(gòu)造函數(shù)。

• 析構(gòu)由外而內(nèi)：

• Derived的析構(gòu)函數(shù)首先執(zhí)行自己的構(gòu)造函數(shù)，然后調(diào)用Component的析構(gòu)函數(shù)，最后調(diào)用Base的析構(gòu)函數(shù)。

  (2) Derived is a Base & Base has a Component，UML圖如下所示：

  
  
  UML圖

• 構(gòu)造由內(nèi)而外：

• Derived的構(gòu)造函數(shù)首先調(diào)用Component的構(gòu)造函數(shù)，然后調(diào)用Base的default構(gòu)造函數(shù)，最后執(zhí)行自己的構(gòu)造函數(shù)。

• 析構(gòu)由外而內(nèi)：

• Derived的析構(gòu)函數(shù)首先執(zhí)行自己的構(gòu)造函數(shù)，然后調(diào)用Base的析構(gòu)函數(shù)，最后調(diào)用Component的析構(gòu)函數(shù)。

3 委托相關(guān)設(shè)計(jì)

• Delegation(委托)+Inheritance(繼承)

• 委托+繼承的用法之Observe(觀(guān)察者)模式，UML圖如下所示：
  

  觀(guān)察者模式UML圖

• 具體代碼示例如下：

    class Observer
    {
    public:
        virtual void update(int value) = 0;
    };
    class Subject
    {
    private:
        int m_value;
        vector<Observer*> m_views;
    public:
        void attach(Observer* obs)
        {
            m_views.push_back(obs);
        }
        void set_val(int value)
        {
            m_value = value;
            notify();
        }
        void notify()
        {
            for (int i=0;i<m_views.size();i++)
            {
                m_views[i]->update(m_value);
            }
        }
    };
            // 繼承觀(guān)察者類(lèi)
    class Observer1 : public Observer
    {
    private:
        int m_div;
    public:
        Observer1(Subject* model, int div)
        {
            model->attach(this);
            m_div = div;
        }
        void update(int v)
        { ... }
    };
    class Observer2 : public Observer
    {
    private:
        int m_mod;
    public:
        Observer2(Subject* model, int mod)
        {
            model->attach(this);
            m_mod= mod;
        }
        void update(int v)
        { ... }
    };
    // 使用詳解
    int main(void)
    {
        Subject subj;
        Observer1 o1(&subj, 4);
        Observer1 o2(&subj, 3);
        Observer2 o3(&subj, 3);
        subj.o1(14);
    }
  

• (2) 委托+繼承的用法之Composite(組合)模式，UML圖如下所示：
  

  組合模式UML圖

• 具體代碼示例如下：

    class Component
    {
    private:
        int value;
    public:
        Component(int val) 
        {
            value = val;
        }
        virtual void add(Component*) {}
    };
    class Composite : public Component
    {
    private:
        vector<Component*> c;
    public:
        Composite(int val) : Component(val) {}
        void add(Component* elem)
        {
            c.push_back(elem);
        }
        ......
    };
    class Primitive : public Component
    {
    public:
        Primitive(int val) : Component(val) {}
    };