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C++编程杂谈之三：面向对象（续）

出自：xulion 2002年11月17日 12:05

上一篇我们涉及了面向对象的一个基本概念--封装，封装是一个相对比较简单的概念，也很容易接受，但是很多的场合下面，仅仅是封装并不能很好的解决很多问题，考虑下面的例子：
假设我们需要设计一个对战游戏的战斗细节，在最初的版本中我们将支持一种动作--fight。假设我们有三种角色：fighter、knight和warrior，每种角色的health、hit point不同，基于封装的基本想法，我们很自然的想到对每个对象使用类的封装，首先明显的元素有2个：health、hit point，另外还有name（我们不能只有三个角色）和战斗的速度speed，方法有：hit、isalive。基于这样的想法，我们给出下面的类：

　
class fighter
{
	private:
		int               m_iHealth;
		int              m_iSpeed;//为了方便，这个值使用延时值，越大表示速度越慢
		const int          m_iHitPoint;
		char             m_strName[260];
	public:
		fighter(const char* strName);
		void hit(fighter* pfighter);
		bool isAlive(); 
};

上面的类可以清楚的抽象出我们所需要表达的数据类型之一，这里也许你已经发现了一些问题：
成员函数hit用来处理战斗事件，但是我们有不同的角色，fighter不可能只跟自己同样的对手作战，我们希望它能和任何角色战斗，当然，使用模板函数可以简单的解决这个问题。另外，我们必须去实现三个不同的类，并且这些类必须都实现这些属性和方法。即使这些问题我们都解决了，现在我们要组织两个队伍作战，我们希望使用一种群体类型来描述它们，问题是我们必须针对每一种类建立相应的群体结构，当然你可以认为3个不同的类型不是很多，完全可以应付，那么如果有一天系统升级，你需要管理上百种类型的时候，会不会头大呢？
在C++中，继承就可以很好的解决这个问题，在C++中，继承表示的是一种IS-A关系，即派生类IS-A基类，很多现实世界中的关系可以这样来描述，如：dog is-a animal，dog是animal的派生（继承），继承产生的对象拥有父（基）对象的所有属性和行为，如animal的所有属性和行为在dog身上都会有相应的表现。在UML的描述中，这种关系被称为泛化（generalization）。一般情况下，当我们需要实现一系列相似（具有一定的共性）然而有彼此不同的类别的时候，使用继承都是很好的解决办法，例如前面的代码虽然也能够实现我们的目标，但是显然很难管理，下面给出使用继承后的实现：

　
class actor//基类
{
	protected:
		int               m_iHealth;
		const int         m_iSpeed;//为了方便，这个值使用延时值，越大表示速度越慢
		const int         m_iHitPoint;
		char              m_strName[260];
	public:
		actor(const char* strName,const int iHealth,const int iSpeed,const int iHitpoint);
	
		int& Health(){ return m_iHealth; };
		const char* getName(){ return m_strName; };
		virtual void hit(actor *Actor) = 0;
		bool isAlive(); 
};  
actor::actor(const char* strName,const int iHealth,const int iSpeed,const int iHitpoint):
m_iHealth(iHealth),
m_iSpeed(iSpeed),
m_iHitPoint(iHitpoint)
{
	strcpy(m_strName,strName);
}

bool actor::isAlive()
{
	return (m_iHealth>0);
}

/////////////////////////////////////////////////////////
//类fighter
class fighter :public actor
{
	public:
		fighter(const char* strName);
		virtual void hit(actor *Actor);
	private:
};

fighter::fighter(const char* strName):
actor(strName,100,20,20)
{
}

void fighter::hit(actor *Actor)
{
	Sleep(m_iSpeed);
	if(!isAlive())
	{
		return ;
	}
	if(Actor&&Actor->isAlive())
	{
	 	//这里我们用一个函数做了左值，因为函数返回的是引用
		if(isAlive())
			Actor->Health() = Actor->Health() - m_iHitPoint;
	}
}

/////////////////////////////////////////////////////////
//类knight
class knight :public actor
{
	public:
		knight(const char* strName);
		virtual void hit(actor *Actor);
	private:
};

knight::knight(const char* strName):
actor(strName,150,20,25)
{
}

void knight::hit(actor *Actor)
{
	Sleep(m_iSpeed);
	if(!isAlive())
	{
		return ;
	}
	if(Actor&&Actor->isAlive())
	{
		if(isAlive())
			Actor->Health() = Actor->Health() - m_iHitPoint;
	}
}

/////////////////////////////////////////////////////////
//类warrior
class warrior :public actor
{
	public:
		warrior(const char* strName);
		virtual void hit(actor *Actor);
	private:
};

warrior::warrior(const char* strName):
actor(strName,150,20,25)
{
}

void warrior::hit(actor *Actor)
{
	Sleep(m_iSpeed);
	if(!isAlive())
	{
		return ;
	}
	if(Actor&&Actor->isAlive())
	{
		if(isAlive())
			Actor->Health() = Actor->Health() - m_iHitPoint;
	}
}

    C++为我们提供了非常优秀的继承体系（其实这是面向对象的一个非常重要的特征），上面的类图中我们可以很清楚的看到他们的关系，在继承中，基类（有些地方也称为超类）其实是所有派生类的共性提炼的结果，有时候在开发过程中，是先有派生类，然后再提出共性，产生基类的。
    就象遗传一样，派生类拥有基类的所有属性和方法，如基类actor的成员函数和成员变量在每一个派生类中都存在，即fighter、knight和warrior中都存在，在继承关系中还存在一个非常重要的关键字protected，它提供一个界于public和private 之间的一种可见性，与private相同的地方是对于外部来说，它不可见，与public相同的地方是对与继承体系来说，是向下可见的（其派生出来的类可以直接使用），这里有一点是很容易让人迷惑的，就是派生类中基类的成员可见性。对派生类来说，如果使用public继承，那么从基类中继承的所有成员的可见性不变（如果是protected继承，降一级，public变成protected，private继承再降），那么对于一个从基类继承来的private成员来说，派生类是无法访问的（很迷惑，是么？），虽然派生类含有这个变量，但是这是一种间接的拥有关系，在派生类中，含有一个基类的子对象，派生类对基类成员的访问正是通过这个子对象进行的。在思想中，永远不要把继承来的成员看做是自己真正拥有的，虽然使用this可以直接"看到"它们，在派生体系中private和public与其它情况没有任何区别，而protected在体系的内部就和public完全等同。
    由于派生类拥有基类的成员，所以我们可以通过派生而简单的"重用"我们已有的代码，从而大大减少重复劳动。
关于继承的另外一个重要的特征就是虚函数，虚函数是形成类的多态的基础，在上面的类中：
void knight::hit(actor *Actor)
比如下面的伪码：

　
actor* pA;
knight* pKnight = new knight;
pA = pKnight;
pA->hit(…);

这里pA是一个基类的指针，而它指向的是一个派生类knight的指针，调用它应该是怎么样的情况呢？答案是hit会调用knight的方法，而不是基类的，因为它是一个虚函数，虚函数的特点是它永远忠实与实际的对象（前提是正确的使用），通过这种多态的特性，我们可以使用基类来对派生类进行正确的操作，这就解决了一个上面的问题：使用一种群体类型来描述它们，所以我们可以这样来遍历数据，而不需要关心里面究竟是一些什么样的数据：

　
vector troop1;
vector troop2;
vector::iterator it_tp1 = troop1.begin();
vector::iterator it_tp2 = troop2.begin();
while( (it_tp1!=troop1.end()) && (it_tp2!=troop2.end()) )
{
	while(((*it_tp1)->isAlive())&&(it_tp2!=troop2.end()))
	{
		(*it_tp1)->hit(*it_tp2);
		if(!(*it_tp2)->isAlive())
			it_tp2++;
	}
	it_tp1++;
}

面向对象思想中的继承是非常重要的概念，正确的运用它，会为软件的开发过程带来很多便利，同时，COM的核心技术是使用了多重继承来实现的。同时，继承也是面向对象的思想中较难理解的一个概念，这片文章我只能大致的讲述其运用，而真正的融会贯通还需要长时间的学习和实践。

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『相关资料』

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● C++编程杂谈之一：编译器 (2002-11-17 12:01)
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