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嵌入式养成计划-40----C++菱形继承--虚继承--多态--模板--异常

news 2025/7/13 15:12:25

九十四、菱形继承

94.1 概念

菱形继承又称为钻石继承，
是由公共基类派生出多个中间子类，又由中间子类共同派生出汇聚子类，
汇聚子类会得到多份中间子类从公共基类继承下来的数据成员，会造成空间浪费，没有必要。

所以存在一个问题：

汇聚子类会得到多份中间子类从公共基类继承下来的数据成员，会造成空间浪费，没有必要。
会多次对公共基类的数据成员初始化，或者释放。
如何避免？

94.2 形式

   A     --------公共基类/   \
B     C   -------中间子类\   /D     --------汇聚子类

上面那个问题的解决方法：虚继承

九十五、虚继承

95.1 作用

使汇聚子类仅获得一份经中间子类从公共基类继承下来的数据成员。

95.2 格式

关键字：virtual
在中间子类的继承方式前加 virtual

class 类名:virtual 继承方式 类名   //中间子类，可多继承
{中间子类自己的内容;
};

95.3 注意

虚继承之后，只保留一份中间子类从公共基类继承下来的数据成员，
但是不知道保留哪个中间子类的，所以就会自动调用公共基类的无参构造函数，
如果想使用公共基类的有参构造函数，则需要在汇聚子类中调用公共基类的有参构造函数。

九十六、多态

静态多态（在编译时加载）—> 如：函数重载
动态多态（在运行时加载）

96.1 啥是多态

多态：一种形式拥有多种状态
例如：一个人，在不同环境下有着不同的状态，也有不同的属性和功能

多态：父类的指针或者引用，指向或者初始化子类的对象，调用子类对父类重写的函数，进而使用子类的功能。

96.2 函数重写

要求：
1. 两个类之间必须要有继承关系
2. 子类和父类有同名同类型的函数
3. 父类中的该函数必须是虚函数

96.3 虚函数

关键字：virtual

在函数前加 virtual ----->虚函数
虚函数满足继承，
如果父类中函数是虚函数，那么继承到子类中，该函数还是虚函数，
如果子类继续被继承，那么“孙类”中的该函数还虚函数…

96.4 赋值兼容规则

父类的指针或者引用，可以指向或者初始化子类的对象
父类指针指向的仅仅只是子类中继承父类的那段空间

96.5 多态中，实现函数重写的原理

类中有虚函数时，虚函数都会有一个虚指针
虚指针在类的最前面，指向了虚函数表，虚函数表里记录虚函数
虚指针和虚函数表是实现多态的重要机制

96.6 虚析构函数

因为父类指针指向子类对象，只作用与子类从父类继承下来的那片特殊空间，
释放父类指针，只会把父类指针作用的那块空间释放，子类自己拓展的空间没有得到释放，从而造成内存泄漏。

虚析构函数：如果把父类中析构函数设置成虚析构函数，那么子类拓展的空间就会被一起释放，虚析构函数也满足继承。

示例：

#include <iostream>
using namespace std;class Person
{
private:string name;
public:Person() {}Person(string name):name(name){}virtual ~Person(){}  //虚析构函数
};
class Stu:public Person
{
private:int id;
public:Stu() {}Stu(string n, int id):Person(n),id(id){}~Stu(){}
};
int main()
{Person *ptr = new Stu("zhangsan", 1001);delete ptr;  //如果没有虚析构函数的话，只释放父类指针作用的空间，子类//拓展的空间并没有得到释放，会造成内存泄漏。解决方案：虚析构函数return 0;
}

96.7 纯虚函数

当父类中的虚函数只用来被子类重写，并且没有需要去完成的功能，那么一般将该虚函数设置成纯虚函数。

格式：

virtual 函数返回值类型 函数名(形参列表) = 0 ; //纯虚函数
//纯虚函数 是在父类中声明，子类中实现

在这里插入图片描述

96.8 抽象类

概念： 抽象类中至少有一个纯虚函数，抽象类不能具体的实例化一个对象，一般是用来被继承的。
不能实例化对象，只能执行子类对象
如果父类中有纯虚函数，表示父类是抽象类，
子类继承后，如果没有对父类中纯虚函数做重写，则子类也是一个抽象类，不能实例化一个对象。

例如：

#include <iostream>
using namespace std;class A
{
private:int a;
public:virtual void show() = 0;//纯虚函数  
};class B :public A
{
private:int b;
public:
};int main()
{//B a;  不能实例化一个对象return 0;
}

96.9 C++中虚函数与纯虚函数的区别

虚函数和纯虚函数可以定义在同一个类中，含有纯虚函数的类被称为抽象类，而只含有虚函数的类不能被称为抽象类。
虚函数可以被直接使用，也可以被子类重载以后，以多态的形式调用，而纯虚函数必须在子类中实现该函数才可以使用，因为纯虚函数在基类有声明而没有定义。
虚函数和纯虚函数都可以在子类中被重载，以多态的形式被调用。
虚函数和纯虚函数通常存在于抽象基类之中，被继承的子类重载，目的是提供一个统一的接口。
虚函数的定义形式：virtual{};纯虚函数的定义形式：virtual { } = 0;在虚函数和纯虚函数的定义中不能有static标识符，原因很简单，被static修饰的函数在编译时要求前期绑定,然而虚函数却是动态绑定，而且被两者修饰的函数生命周期也不一样。

九十七、模板

模板就是建立一个通用的模具，大大提高代码的复用性。
C++除面向对象编程思想外，还有另一种编程思想，泛型编程，主要利用的技术是模板
C++提供了两种重要的模板机制：函数模板和类模板

生活中的模板：
在这里插入图片描述

97.1 模板的特点

模板是通用的，不是万能的
模板只是一个框架

97.2 函数模板

97.2.1 作用

函数模板，就是建立一个通用的函数，
其返回值类型，或者参数类型不具体制定，用一个虚拟的类型来代替。

97.2.2 格式

template<typename T>
函数的定义

如：

template <typename T>
T fun(T x, T y)  //建立了一个通用的函数，实现数据类型之和
{return x+y;
}

template -------> 创建模板
typename -------> 表明其后是一种数据类型，typename还可以用class代替
T -----> 表示数据类型，也可以用其他代替

调用时：

cout << fun(1,2) << endl;
cout << fun(1.3,1.4) << endl;
cout << fun('0', '1') << endl;

97.3 类模板

97.3.1 作用

建立一个通用的类，类中的成员变量的类型不具体制定，用一个虚拟类型来代替

97.3.2 格式

template<typename T>
类的定义

template -------> 创建模板
typename -------> 表明其后是一种数据类型，typename还可以用class代替
T -----> 表示数据类型，也可以用其他代替

九十八、异常

作用：可以优雅的解决异常
实现步骤
1. 用 try包裹可能产生异常的地方
2. 在产生异常的条件下，用 throw抛出异常
3. 在 try后面的 catch语句中接收异常，并在 catch后的代码块中处理异常

示例：

#include <iostream>
using namespace std;int fun(int x, int y)
{if(y!=0){return x/y;}else{throw -1;  //抛出异常}
}
int main()
{try{fun(9,0); //把可能发生异常的地方用try包裹起来cout << "hello 啊" << endl;        }catch (int e){if(e == -1){cout << "分母为0，不合法" << endl;}}return 0;
}

小作业：

比喻：
动物园的讲解员和动物表演
动物园里有一位讲解员，他会为每种动物表演做简单的介绍，如狮子、大象、猴子等。提示：在这个场景中，我们可以将动物比作是不同的类，而每种动物表演则是类中的函数。讲解员则是一个基类，他可以根据每种动物的特点和表演，进行相应的介绍。
具体过程如下：定义一个基类 Animal，其中有一个虛函数perform（)，用于在子类中实现不同的表演行为。

我写的

#include <iostream>
using namespace std;// base_class
class Animal
{
private:string name;
public:Animal() {}Animal(string name):name(name) {}Animal(const Animal &other):name(other.name){}Animal &operator=(const Animal &other){name = other.name;return *this;}virtual ~Animal(){}virtual void perform() = 0;string get_name(){return this->name;}
};class Lion:virtual public Animal
{
public:Lion() {}Lion(string name):Animal(name) {}Lion(const Lion &other):Animal(other){}Lion &operator=(const Lion &other){Animal::operator=(other);return *this;}~Lion(){}void perform() {cout << Animal::get_name() + " : " << "河东狮吼" << endl;}
};class Elephant:virtual public Animal
{
public:Elephant() {}Elephant(string name):Animal(name) {}Elephant(const Elephant &other):Animal(other){}Elephant &operator=(const Elephant &other){Animal::operator=(other);return *this;}~Elephant(){}void perform() {cout << Animal::get_name() + " : " << "象群践踏" << endl;}
};class Monkey:virtual public Animal
{
public:Monkey() {}Monkey(string name):Animal(name) {}Monkey(const Monkey &other):Animal(other){}Monkey &operator=(const Monkey &other){Animal::operator=(other);return *this;}~Monkey(){}void perform() {cout << Animal::get_name() + " : " << "专业偷桃" << endl;}
};int main()
{Animal *p = nullptr;Lion l("狮子狗");Elephant e("孟获");Monkey m("孙猴子");p = &l;p->perform();p = &e;p->perform();p = &m;p->perform();return 0;
}