类之间的关系(Relationships between classes)
友元函数(Friend functions)
对class的不同成员存在3个层次的内部保护：public， protected 和 private。
在成员为 protected 和 private的情况下，它们不能够被从所在的class以外的部分引用。然而，这个规则可以通过在一个class中使用关键字friend来绕过，这样我们可以允许一个外部函数获得访问class的protected 和 private 成员的能力。
// friend functions
#include <iostream.h>
class CRectangle {
int width, height;
public:
void set_values (int, int);
int area (void) {
return (width * height);
}
friend CRectangle duplicate (CRectangle);
};
void CRectangle::set_values (int a, int b) {
width = a;
height = b;
}
CRectangle duplicate (CRectangle rectparam) {
CRectangle rectres;
rectres.width = rectparam.width*2;
rectres.height = rectparam.height*2;
return (rectres);
}
int main () {
CRectangle rect, rectb;
rect.set_values (2,3);
rectb = duplicate (rect);
cout << rectb.area();
}
函数 duplicate是CRectangle的 friend ，因此在该函数之内，可以访问CRectangle 类型的各个object的成员 width 和 height。注意，在 duplicate()的声明中，及其在后面main()里被调用的时候，并没有把duplicate 当作class CRectangle的成员，因为它不是。
friend 函数可以被用来实现两个不同class之间的操作。广义来说，使用friend 函数是面向对象编程之外的方法，因此，如果可能，应尽量使用class的成员函数来完成这些操作。比如在以上的例子中，将函数duplicate() 集成在class CRectangle 可以使程序更短。
友元类 (Friend classes)
就像可以定义一个friend 函数，也可以定义一个class是另一个的friend，以便允许第二个class访问第一个class的 protected 和 private 成员。
// friend class
#include <iostream.h>
class CSquare;
class CRectangle {
int width, height;
public:
int area (void) {return (width * height);}
void convert (CSquare a);
};
Class CSquare {
private:
int side;
public:
void set_side (int a){side = a;}
friend class CRectangle;
};
void CRectangle::convert (CSquare a) {
width = a.side;
height = a.side;
}
int main () {
CSquare sqr;
CRectangle rect;
sqr.set_side(4);
rect.convert(sqr);
//因为rect是sqr的友类，所以可以让rect访问sqr的内部变量side
cout << rect.area();
return 0;
}
在这个例子中，我们声明了CRectangle 是CSquare 的friend，因此CRectangle可以访问CSquare 的protected 和 private 成员，更具体地说，可以访问CSquare::side，它定义了正方形的边长。
class CSquare是空原型。这是必需的，因为在CRectangle 的声明中引用了CSquare (作为convert()的参数)。CSquare定义在CRectangle的后面，因此如果我们没有在这个class之前包含一个CSquare 的声明，它在CRectangle中就是 不可见的。
这里要考虑到，如果没有特别指明，友元关系（friendships）并不是相互的。在CSquare 例子中，CRectangle 是一个friend类，但因为CRectangle 并没有对CSquare作相应的声明，因此CRectangle 可以访问CSquare 的 protected 和private 成员，但反过来并不行，除非将 CSquare 也定义为CRectangle的 friend。
类之间的继承(Inheritance between classes)
类的一个重要特征是继承，这使得可以基于一个类生成另一个类的对象，以便使后者拥有前者的某些成员，再加上它自己的一些成员。由其它类引申而来的子类继承基类的所有可视成员。意思是说，如果一个基类包含成员A，而我们将它引申为另一个包含成员B的类，则这个子类将同时包含 A 和 B。
要定义一个类的子类，必须在子类的声明中使用冒号(colon)操作符: ，如下所示：
class derived_class_name: public base_class_name;
public 也可以根据需要换为protected或private，描述了被继承的成员的访问权限。
// derived classes
#include <iostream.h>
Class CPolygon {
protected:
int width, height;
public:
void set_values (int a, int b) { width=a; height=b;}
};
class CRectangle: public CPolygon {
public:
int area (void){ return (width * height); }
};
class CTriangle: public CPolygon {
public:
int area (void){ return (width * height / 2); }
};
int main () {
CRectangle rect;
CTriangle trgl;
rect.set_values (4,5);
trgl.set_values (4,5);
cout << rect.area() << endl;
cout << trgl.area() << endl;
return 0;
}
输出： 20 10
如上所示，类 CRectangle 和 CTriangle 的每一个对象都包含CPolygon的成员，即： width, height 和 set_values()。
标识符protected 与 private类似，它们的唯一区别在继承时才表现出来。当定义一个子类的时候，基类的protected 成员可以被子类的其它成员所使用，然而private 成员就不可以。
可以访问 public protected private
本class的成员 yes yes yes
子类的成员 yes yes no
非成员 yes no no
这里”非成员”指从class以外的任何地方引用，例如从main()中，从其它的class中或从 全域(global)或本地(local)的任何函数中。
这是因为我们在继承的时候使用的是public，记得用的是：
class CRectangle: public CPolygon;
这里关键字 public 表示新的类(CRectangle)从基类(CPolygon)所继承的成员必须获得最低程度保护。这种被继承成员的访问限制的最低程度可以通过使用 protected 或 private而不是public来改变。例如，daughter 是mother 的一个子类，我们可以这样定义：
class daughter: protected mother;
这将使得protected成为daughter从mother处继承的成员的最低访问限制。 （说的含糊，在下理解不了，还是后面说的清楚）
原来mother 中的所有public 成员到daughter 中将会成为protected成员，这是它们能够被继承的最低访问限制。当然这并不是限制daughter 不能有它自己的public 成员。最低访问权限限制只是建立在从mother中 继承的成员上的。
最常用的继承限制除了public 外就是private ，它被用来将基类完全封装起来，因为在这种情况下，除了子类自身外，其它任何程序都不能访问那些从基类继承而来的成员。不过大多数情况下继承都是使用public的。
如果没有明确写出访问限制，所有由关键字class 生成的类被默认为private ，而所有由关键字struct 生成的类被默认为public。
什么是从基类中继承的? (What is inherited from the base class?)
理论上说，子类(drived class)继承了基类(base class)的所有成员，除了：
构造函数Constructor
析构函数destructor
operator=() 成员
friends
虽然基类的构造函数和析构函数没有被继承，但是 当一个子类的object被生成或销毁的时候，其基类的默认构造函数(即，没有任何参数的构造函数)和析构函数总是被自动调用的。
如果基类没有默认构造函数，或你希望当子类生成新的object时，基类的某个重载的构造函数被调用，你需要在子类的每一个构造函数的定义中指定它：
derived_class_name (parameters) : base_class_name (parameters) {}// constructors and derivated classes
#include <iostream.h>
class mother {
public:
mother ()
{ cout << "mother: no parameters\n"; }
mother (int a)
{ cout << "mother: int parameter\n"; }
};
class daughter : public mother {
public:
daughter (int a)
{ cout << "daughter: int parameter\n\n"; }
};
class son : public mother {
public:
son (int a) : mother (a)
{ cout << "son: int parameter\n\n"; }
};
int main () {
daughter cynthia (1);
son daniel(1);
return 0;
}
输出：
mother: no parameters//先调用了mother (){…}; daughter: int parameter
mother: int parameter//mother (int a){…}; son: int parameter
不同的构造函数被调用是因为daughter 和 son的构造函数的定义不同：
daughter (int a) // 没有特别制定：调用默认constructor
son (int a) : mother (a) // 指定了constructor: 调用被指定的构造函数
多重继承(Multiple inheritance)
在C++ 中，一个class可以从多个class中继承属性或函数，只需要在子类的声明中用逗号将不同基类分开就可以了。
class CRectangle: public CPolygon, public COutput {...};
class CTriangle: public CPolygon, public COutput {...};多态 (Polymorphism)
基类的指针(Pointers to base class)
继承的好处之一是 一个指向子类(derived class)的指针与一个指向基类(base class)的指针是类型兼容的( type-compatible)的。
// pointers to base class
#include <iostream.h>
class CPolygon {
protected:
int width, height;
public:
void set_values (int a, int b) {
width=a; height=b;
}
};
class CRectangle: public CPolygon {
public:
int area (void) {
return (width * height);
}
};
class CTriangle: public CPolygon {
public:
int area (void) {
return (width * height / 2);
}
};
int main () {
CRectangle rect;
CTriangle trgl;
CPolygon * ppoly1 = ▭
CPolygon * ppoly2 = &trgl;
ppoly1->set_values (4,5);
ppoly2->set_values (4,5);
cout << rect.area() << endl;
cout << trgl.area() << endl;
return 0;
}
在主函数 main 中定义了两个指向class CPolygon的对象的指针，即 *ppoly1 和 *ppoly2。 它们被赋值为rect 和 trgl的地址，因为rect 和 trgl是CPolygon 的子类的对象，因此这种赋值是有效的。
使用ppoly1 和 *ppoly2 取代rect 和trgl 的唯一限制是*ppoly1 和 *ppoly2 是CPolygon 类型的，因此我们 只能够引用CRectangle 和 CTriangle 从基类CPolygon中继承的成员。正是由于这个原因，*不能够使用*ppoly1 和 ppoly2 来调用成员函数 area()，而只能使用rect 和 trgl来调用这个函数。要想使CPolygon 的指针承认area()为合法成员函数，必须在基类中声明它，而不能只在子类进行声明。
虚拟成员(Virtual members)
如果想在基类中定义一个成员留待子类中进行细化，必须在它前面加关键字 virtual ，以便可以使用指针对指向相应的对象进行操作。（还是看后面吧）
// virtual members
#include <iostream.h>
class CPolygon {
protected:
int width, height;
public:
void set_values (int a, int b) {
width=a;
height=b;
}
virtual int area (void) { return (0); }
};
class CRectangle: public CPolygon {
public:
int area (void) { return (width * height); }//**此处**
};
class CTriangle: public CPolygon {
public:
int area (void) { return (width * height / 2); }//**此处**
};
int main () {
CRectangle rect;
CTriangle trgl;
CPolygon poly;
CPolygon * ppoly1 = ▭
CPolygon * ppoly2 = &trgl;
CPolygon * ppoly3 = &poly;
ppoly1->set_values (4,5);
ppoly2->set_values (4,5);
ppoly3->set_values (4,5);
cout << ppoly1->area() << endl;
cout << ppoly2->area() << endl;
cout << ppoly3->area() << endl;
return 0;
}
输出： 20 10 0
现在这三个类(CPolygon, CRectangle 和 CTriangle) 都有同样的成员：width, height, set_values() 和 area()。
area() 被定义为virtual是因为它后来在子类中被细化了。你可以做一个试验，如果在代码中去掉这个关键字，然后再执行这个程序，三个多边形的面积计算结果都将是 0 而不是20,10,0。这是因为 没有了关键字，程序执行不再根据实际对象的不用而调用相应area() 函数(即分别为CRectangle::area(), CTriangle::area() 和CPolygon::area()) ，取而代之，程序将全部调用CPolygon::area() ，因为这些调用是通过CPolygon类型的指针进行的。
关键字virtual 的作用就是在当使用基类的指针的时候，使子类中与基类同名的成员在适当的时候被调用。
虽然本身被定义为虚拟类型，我们还是可以声明一个CPolygon 类型的对象并调用它的area() 函数，它将返回0，如上例。
抽象基类(Abstract base classes)
基本的抽象类与前面类CPolygon 非常相似，唯一的区别是 在前面的例子中，已经为类CPolygon的对象（例如对象poly）定义了一个有效地area()函数，而在一个抽象类（abstract base class）中，可以对它不定义，而简单得在函数声明后面写 =0 (等于0)。（见下例）
注意如何在virtual int area (void)加 =0 来代替函数的具体实现的。这种函数被称为纯虚拟函数（pure virtual function），而所有包含纯虚拟函数的类被称为 抽象基类(abstract base classes)。
抽象基类的最大不同是 它不能够有实例(对象)，但可以定义指向它的指针。
这是因为该类包含的纯虚拟函数(pure virtual function) 是没有被实现的，而又 不可能生成一个不包含它的所有成员定义的对象。然而，因为这个函数在其子类中被完整的定义了，所以生成一个指向其子类的对象的指针是完全合法的。
// virtual members
#include <iostream.h>
class CPolygon {
protected:
int width, height;
public:
void set_values (int a, int b) {
width=a;
height=b;
}
virtual int area (void) =0;
};
//可以继承，但是不能实例化（用词对不？）。
class CRectangle: public CPolygon {
public:
int area (void) { return (width * height); }
};
class CTriangle: public CPolygon {
public:
int area (void) {
return (width * height / 2);
}
};
int main () {
CRectangle rect;//子类可以实例化。
CTriangle trgl;
CPolygon * ppoly1 = ▭
CPolygon * ppoly2 = &trgl;
ppoly1->set_values (4,5);
ppoly2->set_values (4,5);
cout << ppoly1->area() << endl;
cout << ppoly2->area() << endl;
return 0;
}
再看一遍这段程序，可以发现能用同一种类型的指针(CPolygon*)指向不同类的对象，至一点非常有用。 想象一下，现在我们可以写一个CPolygon 的成员函数，使得它可以将函数area()的结果打印到屏幕上，而不必考虑具体是为哪一个子类。
// virtual members
#include <iostream.h>
class CPolygon {
protected:
int width, height;
public:
void set_values (int a, int b) {
width=a;
height=b;
}
virtual int area (void) =0;
void printarea (void) {
cout << this->area() << endl;
}
};
class CRectangle: public CPolygon {
public:
int area (void) { return (width * height); }
};
class CTriangle: public CPolygon {
public:
int area (void) {
return (width * height / 2);
}
};
int main () {
CRectangle rect;
CTriangle trgl;
CPolygon * ppoly1 = ▭
CPolygon * ppoly2 = &trgl;
ppoly1->set_values (4,5);
ppoly2->set_values (4,5);
ppoly1->printarea();
ppoly2->printarea();
return 0;
}
输出： 20 10
记住，this 代表代码正在被执行的这一个对象的指针。
抽象类和虚拟成员赋予了C++ 多态(polymorphic)的特征，使得面向对象的编程object-oriented programming成为一个有用的工具。
