《繼承與派生shuli》課件

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)：繼承與派生本課件主要講解面向?qū)ο缶幊讨欣^承與派生的概念，以及其在代碼復(fù)用和代碼組織方面的應(yīng)用。什么是繼承和派生？繼承繼承是一種創(chuàng)建新類（派生類）的方式，它會從現(xiàn)有的類（基類）中繼承屬性和方法。派生派生類是通過繼承基類創(chuàng)建的，它擁有基類的所有屬性和方法，同時可以添加新的屬性和方法。關(guān)系繼承和派生是一種“isa”關(guān)系，例如：貓是一種動物，貓繼承了動物的屬性和方法。繼承的概念代碼復(fù)用繼承是一種面向?qū)ο缶幊讨械闹匾獧C(jī)制，它允許創(chuàng)建新的類（子類）并從現(xiàn)有類（父類）繼承屬性和方法。通過繼承，子類可以重用父類已有的代碼，減少重復(fù)編寫代碼的工作量，提高代碼的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。代碼組織繼承可以將代碼結(jié)構(gòu)組織得更加清晰，便于理解和維護(hù)。例如，可以將不同的功能模塊抽象成不同的類，并通過繼承關(guān)系進(jìn)行組織，使代碼更加模塊化。為什么需要繼承代碼復(fù)用繼承可以重用父類代碼，減少重復(fù)代碼，提高開發(fā)效率。代碼維護(hù)繼承有助于集中管理代碼，修改父類代碼會自動影響子類，方便維護(hù)。代碼組織繼承可以構(gòu)建類的層次結(jié)構(gòu)，使代碼更清晰，易于理解和管理。繼承的特點(diǎn)1代碼重用繼承可以有效地減少代碼冗余，提高代碼復(fù)用率。2代碼擴(kuò)展繼承可以擴(kuò)展已有的類，添加新的功能和屬性。3多態(tài)性繼承是實(shí)現(xiàn)多態(tài)性的基礎(chǔ)，可以使程序更加靈活和可擴(kuò)展。4類型安全繼承可以確保子類具有父類的特性，提高代碼的安全性。繼承的基本語法類名繼承父類名子類繼承父類，使用冒號（:）和繼承關(guān)鍵字public、protected或private，例如：class子類名:父類名{...}。訪問權(quán)限控制符繼承訪問控制符決定子類對父類成員的訪問權(quán)限，包括public、protected和private。成員函數(shù)重寫子類可以重寫父類的成員函數(shù)，實(shí)現(xiàn)相同功能的不同實(shí)現(xiàn)。例如：virtualvoid函數(shù)名(){...}構(gòu)造函數(shù)子類需要調(diào)用父類的構(gòu)造函數(shù)來初始化繼承的成員，使用冒號（:）和父類構(gòu)造函數(shù)名，例如：子類名(參數(shù)):父類名(參數(shù)){...}單繼承單繼承一個子類只能繼承自一個父類，子類只能獲得父類的屬性和方法。代碼示例子類繼承父類，并添加自己的屬性和方法。多繼承11.多個父類一個子類可以繼承多個父類，從而獲得多個父類的屬性和方法。22.復(fù)雜關(guān)系多繼承可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的繼承關(guān)系，例如一個類可以同時繼承“動物”和“植物”的特點(diǎn)。33.鉆石問題多繼承會導(dǎo)致“鉆石問題”，即當(dāng)多個父類都繼承自同一個祖先類時，子類可能會出現(xiàn)屬性和方法的沖突。繼承的實(shí)現(xiàn)原理1代碼復(fù)用繼承是實(shí)現(xiàn)代碼復(fù)用的重要機(jī)制。2派生類派生類繼承基類的屬性和方法。3內(nèi)存分配派生類對象包含基類對象的成員。4成員訪問派生類對象可以使用基類成員。繼承通過在派生類中創(chuàng)建基類的副本來實(shí)現(xiàn)代碼復(fù)用。派生類繼承了基類的屬性和方法，并可以添加自己的特性。在內(nèi)存中，派生類對象包含基類對象的成員，允許派生類對象訪問基類成員。派生的概念派生類派生類是對基類的一種擴(kuò)展，并繼承了基類的屬性和方法?；惢愂桥缮惖幕A(chǔ)，提供了一組通用的屬性和方法，供派生類繼承和擴(kuò)展。派生的特點(diǎn)代碼復(fù)用派生類可以繼承基類的屬性和方法，減少重復(fù)代碼編寫，提高代碼效率。擴(kuò)展功能派生類可以添加新的成員變量和方法，擴(kuò)展基類的功能，實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的應(yīng)用。代碼組織派生類可以將代碼組織成層次結(jié)構(gòu)，提高代碼可讀性和可維護(hù)性。多態(tài)性派生類可以實(shí)現(xiàn)多態(tài)性，通過同一個接口調(diào)用不同的方法，實(shí)現(xiàn)不同的功能。派生的基本語法1class派生類名:繼承方式基類名定義派生類2派生類名對象名;創(chuàng)建派生類對象3對象名.成員函數(shù)名(參數(shù));訪問成員函數(shù)派生類的語法基于繼承方式、基類名和派生類名。定義派生類并創(chuàng)建對象后，可以使用對象訪問成員函數(shù)。這些語法規(guī)則使派生類能夠繼承基類的屬性和行為，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展和定制。私有繼承訪問限制基類成員在派生類中不可訪問。代碼隱藏派生類無法直接使用基類成員，提高代碼封裝性。安全性防止派生類誤用基類成員，提高程序安全性。保護(hù)繼承訪問權(quán)限保護(hù)繼承允許派生類訪問基類的保護(hù)成員，但不能直接訪問基類的私有成員。派生類的成員函數(shù)可以訪問基類的保護(hù)成員，但派生類對象本身不能訪問。應(yīng)用場景保護(hù)繼承常用于創(chuàng)建庫或框架，使派生類能夠訪問基類的受保護(hù)成員，但防止外部代碼直接訪問。這有助于維護(hù)代碼的封裝性，并確保派生類能夠正確地使用基類的功能。公有繼承訪問權(quán)限基類成員在派生類中保持相同的訪問權(quán)限。繼承關(guān)系派生類可以訪問基類的所有公有成員。代碼示例通過使用冒號和關(guān)鍵字public表示繼承關(guān)系。虛函數(shù)動態(tài)綁定虛函數(shù)在運(yùn)行時根據(jù)對象類型進(jìn)行動態(tài)綁定。多態(tài)實(shí)現(xiàn)虛函數(shù)是實(shí)現(xiàn)多態(tài)性的關(guān)鍵機(jī)制，允許不同對象類型以統(tǒng)一的方式進(jìn)行調(diào)用?；惗x在基類中使用關(guān)鍵字virtual聲明虛函數(shù)，使其在派生類中可以被重寫。子類重寫派生類可以根據(jù)需要重寫基類的虛函數(shù)，以實(shí)現(xiàn)不同的行為。純虛函數(shù)定義純虛函數(shù)是在基類中聲明但沒有定義的函數(shù)。它用"=0"來標(biāo)記。純虛函數(shù)的目的是強(qiáng)制派生類實(shí)現(xiàn)該函數(shù)，以確保多態(tài)行為。語法在函數(shù)聲明后面添加"=0"。例如：virtualvoidfunc()=0;。作用純虛函數(shù)用于定義接口，讓派生類必須實(shí)現(xiàn)它。純虛函數(shù)不能被調(diào)用，它只是為了定義接口而存在。舉例例如，一個抽象的Shape類可以定義一個純虛函數(shù)getArea()，讓所有派生類（如Circle、Square）都必須實(shí)現(xiàn)自己的getArea()函數(shù)。抽象類抽象類是不能被實(shí)例化的類。包含一個或多個純虛函數(shù)。作為其他類的基礎(chǔ)或模板。定義了子類的共同行為和屬性。接口概述1抽象類型接口是一種抽象類型，不包含數(shù)據(jù)成員，只包含純虛函數(shù)。它描述的是一組行為，而不是具體實(shí)現(xiàn)。2規(guī)范行為接口定義了類應(yīng)該提供哪些方法，以及這些方法的調(diào)用方式，但并不提供具體的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。3實(shí)現(xiàn)與繼承任何類可以實(shí)現(xiàn)一個接口，實(shí)現(xiàn)接口的類需要提供接口中所有純虛函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)。4多態(tài)性接口支持多態(tài)性，不同類可以實(shí)現(xiàn)同一個接口，使用同一個接口進(jìn)行操作。接口的特點(diǎn)抽象定義接口只定義方法，不實(shí)現(xiàn)。類似于合同，規(guī)定方法名稱、參數(shù)和返回值，但不提供具體實(shí)現(xiàn)。多重繼承一個類可以實(shí)現(xiàn)多個接口，方便擴(kuò)展功能，避免單繼承的限制。靈活設(shè)計(jì)接口提供了一種靈活的設(shè)計(jì)方式，可以通過實(shí)現(xiàn)不同的接口來實(shí)現(xiàn)相同的功能，增強(qiáng)代碼可維護(hù)性。多態(tài)實(shí)現(xiàn)通過接口，可以實(shí)現(xiàn)多態(tài)性，即用同一接口調(diào)用不同的實(shí)現(xiàn)，提高代碼可復(fù)用性。接口的語法1接口定義使用interface關(guān)鍵字定義接口，定義接口的成員。2成員類型接口成員只能是抽象方法，不能有成員變量或具體方法。3實(shí)現(xiàn)接口使用implements關(guān)鍵字實(shí)現(xiàn)接口，并實(shí)現(xiàn)接口中的所有抽象方法。抽象類與接口的區(qū)別抽象類可以包含數(shù)據(jù)成員和成員函數(shù)，并且成員函數(shù)可以有實(shí)現(xiàn)。接口只包含抽象方法，不能包含數(shù)據(jù)成員，也不能實(shí)現(xiàn)成員函數(shù)。應(yīng)用場景抽象類用于定義公共接口，并提供部分實(shí)現(xiàn)。接口用于定義規(guī)范，沒有實(shí)現(xiàn)。多態(tài)的概念多種形態(tài)同一個操作，在不同的對象上表現(xiàn)出不同的行為。代碼復(fù)用通過多態(tài)，減少代碼重復(fù)，提高代碼可讀性。靈活性允許程序在運(yùn)行時根據(jù)對象類型執(zhí)行不同的操作。設(shè)計(jì)原則多態(tài)是面向?qū)ο缶幊痰闹匾O(shè)計(jì)原則之一。多態(tài)的表現(xiàn)形式11.編譯時多態(tài)編譯時多態(tài)，也稱為靜態(tài)多態(tài)，在編譯階段就確定了要調(diào)用的函數(shù)，常見于函數(shù)重載。22.運(yùn)行時多態(tài)運(yùn)行時多態(tài)，也稱為動態(tài)多態(tài)，在運(yùn)行階段才能確定要調(diào)用的函數(shù)，常見于虛函數(shù)和繼承。33.重載重載是指在同一作用域中，允許存在多個同名函數(shù)，但函數(shù)的參數(shù)列表不同。44.覆蓋覆蓋是指在派生類中重新定義基類的虛函數(shù)，它們具有相同的函數(shù)名和參數(shù)列表。虛函數(shù)與多態(tài)虛函數(shù)虛函數(shù)允許子類重新定義基類的行為。它使用關(guān)鍵字virtual聲明。在基類中，虛函數(shù)是一個占位符，具體實(shí)現(xiàn)由子類決定。多態(tài)多態(tài)是指同一操作在不同對象上表現(xiàn)出不同的行為。通過虛函數(shù)，我們可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行時多態(tài)。子類可以根據(jù)具體情況重寫基類的虛函數(shù)。動態(tài)綁定運(yùn)行時確定動態(tài)綁定，也稱為后期綁定，是指在程序運(yùn)行時才確定要調(diào)用的函數(shù)。虛函數(shù)表通過虛函數(shù)表實(shí)現(xiàn)，記錄了每個對象類型對應(yīng)的方法地址。多態(tài)性基礎(chǔ)動態(tài)綁定是實(shí)現(xiàn)多態(tài)性的重要機(jī)制，讓代碼更靈活、易于擴(kuò)展。應(yīng)用場景分析面向?qū)ο缶幊汤^承與派生是面向?qū)ο缶幊痰暮诵母拍?，廣泛應(yīng)用于軟件開發(fā)的各個方面。例如，在游戲開發(fā)中，可以利用繼承來創(chuàng)建不同類型的角色，例如玩家、敵人和非玩家角色。圖形界面設(shè)計(jì)繼承與派生在圖形界面設(shè)計(jì)中也有重要的應(yīng)用，可以用于創(chuàng)建各種類型的窗口、按鈕和菜單。例如，可以從一個基礎(chǔ)按鈕類派生出不同的按鈕類型，例如文本按鈕、圖片按鈕和下拉菜單按鈕。繼承與派生的注意事項(xiàng)11.避免循環(huán)繼承循環(huán)繼承會導(dǎo)致死循環(huán)，導(dǎo)致程序崩潰。例如，類A繼承類B，類B繼承類A，會造成循環(huán)繼承。22.避免多重繼承多重繼承容易造成繼承關(guān)系混亂，維護(hù)難度大。建議使用接口代替多重繼