《继承与派生shuli》课件

《继承与派生》课程概述本课程旨在探讨面向对象程序设计中的继承和派生概念。我们将深入学习如何通过继承创建新类,复用父类的功能,并灵活地扩展和定制类的行为。同时还将介绍多态性和动态绑定等相关重要知识。这些概念对于编写可复用、可扩展的高质量代码至关重要。byhpzqamifhr@继承的定义和特点1定义继承是面向对象编程的一个基本概念，它允许一个类(子类)从另一个类(父类)继承属性和方法。2重用继承使得软件开发人员可以重用现有的代码，从而提高开发效率和代码质量。3扩展子类可以在父类的基础上添加新的属性和方法，扩展父类的功能。继承是面向对象编程中一种非常强大的特性。它不仅可以实现代码的重用,还可以通过子类对父类的功能进行扩展和增强。这样既提高了开发效率,又保证了软件的可维护性。继承的基本语法1类定义一个新的类型2对象基于类创建实例化的对象3继承从基类派生出新的子类继承是面向对象编程的核心特征之一。它允许我们从现有的类型派生出新的类型,并复用已有的属性和方法。子类可以在基类的基础上添加新的功能,或重写基类的实现。这种层次化和代码重用的能力使得面向对象编程更加强大和灵活。继承的访问控制1公有继承公有继承保留了基类中公有和受保护成员的访问权限,子类可以自由访问这些成员。这是最常见的继承方式,能够实现基类功能的完全继承。2私有继承私有继承会将基类中的公有和受保护成员在子类中变为私有成员,子类无法直接访问这些成员,需要通过公有或受保护的接口间接访问。3受保护继承受保护继承会将基类中的公有成员在子类中变为受保护成员,子类可以直接访问这些成员,但外部类无法访问。这种方式常用于实现层次化的类体系。继承的构造函数和析构函数构造函数继承子类可以通过初始化列表或构造函数调用父类的构造函数来实现对父类成员变量的初始化。这样可以确保子对象在创建时能够正确初始化父类部分。析构函数继承子类的析构函数会自动调用父类的析构函数。这可以确保在子对象被销毁时，父类部分的资源也能被正确释放。虚析构函数当父类指针指向子类对象时，需要使用虚析构函数来确保子类部分的资源也能被正确释放。这是实现多态性的关键。继承的多态性多态的定义多态性允许子类拥有与父类不同的行为实现,使得代码更加灵活和可扩展。多态的表现形式方法重写、运算符重载和接口实现都是多态性的具体体现。多态的应用场景多态常用于实现通用算法、定义统一的接口以及根据对象的动态类型做出不同的处理。继承的类型转换1原始类型2派生类型3自动类型转换4显式类型转换在继承关系中,基类和派生类之间存在着类型转换的关系。原始类型可以自动转换为派生类型,这种转换称为向上转换。而派生类型需要进行显式类型转换才能转换为原始类型,这种转换称为向下转换。了解这些类型转换的规则对于正确使用继承非常重要。抽象类和接口1抽象类定义了一些必须被实现的方法和属性2接口只定义方法签名,没有具体实现3联系与区别都用于抽象和定义共性抽象类和接口都是面向对象编程中的重要概念,用于抽象和定义共性。抽象类定义了一些必须被实现的方法和属性,子类必须实现这些方法。而接口只定义方法签名,不包含具体实现,子类需要实现接口中定义的所有方法。二者都用于提高代码的可复用性和扩展性。抽象类的定义和特点1定义抽象类是一种特殊的类,它无法被实例化,只能作为其他类的基类使用。它为具体的子类提供了骨架和方法签名的定义。2特点抽象类可以包含抽象方法,这些方法没有方法体,必须在具体的子类中实现。抽象类也可以包含普通的具体方法。3用途抽象类用于定义一个通用的接口或框架,子类必须实现抽象类中定义的所有抽象方法,从而保证了代码的一致性和可扩展性。抽象类的使用场景1定义标准接口抽象类可以用来定义一个标准化的接口,为子类提供统一的方法和属性。子类必须实现这些抽象方法,确保符合接口标准。2实现基础功能抽象类还可以包含一些基础功能的实现,为子类提供公共的服务和能力,减少重复代码。子类只需要实现自己独有的功能。3实现部分公共逻辑有些情况下,抽象类可以实现一部分公共的业务逻辑,为子类提供一些基础的处理能力。子类只需要实现特有的逻辑即可。接口的定义和特点1接口定义接口定义了一组方法的签名，不包含任何实现细节。2接口特点接口完全抽象，支持多重继承。3接口优势实现松耦合、代码重用、面向接口编程。接口是一个完全抽象的概念，只定义方法的签名而不包含任何实现细节。它支持多重继承，可以让不同的类实现相同的功能。接口的主要优势是实现了松耦合、代码重用，以及面向接口编程的设计理念。接口的使用场景解耦设计接口可以将软件系统中的不同模块和组件解耦,提高系统的灵活性和可扩展性。定义标准接口可以在不同的开发团队或系统之间定义统一的通信标准,确保各部分能够互相协作。提高复用性通过定义通用的接口,可以提高代码的复用性,降低开发成本和时间。继承和组合的区别1继承基于类的相似性2组合基于类的互补性3实现方式子类继承父类4设计模式聚合或关联继承和组合是两种不同的面向对象设计思想。继承基于类的相似性,通过子类继承父类来实现功能。组合则是基于类的互补性,通过将多个类组合在一起来实现需求。继承体现了"is-a"的关系,组合则体现了"has-a"的关系。继承是通过继承关系来实现,组合则是通过聚合或关联的设计模式。组合的定义和特点组合是一种软件设计模式,它通过将对象组合在一起来构建复杂的功能。与继承不同,组合强调"拥有"而非"是"的关系。组合通过组合复杂对象来实现功能,而不是通过继承来实现。这使得代码更加灵活、可重用和可维护。1灵活性组合可以动态地组装和拆解对象,实现更加灵活的功能2可重用性组合的对象可以在多个地方复用,提高代码的可重用性3可维护性组合使得代码更容易理解和修改,提高可维护性总之,组合是一种非常强大的软件设计模式,可以帮助开发者构建出更加灵活、可重用和可维护的软件系统。组合的使用场景1复杂系统设计将复杂系统拆分成更小的模块化组件2代码重用通过组合实现代码的高度可复用性3测试与维护组合设计更易于测试和维护组合模式在复杂系统设计中非常有用。它可以将系统划分为更小的模块化组件,提高代码的可重用性和可维护性。同时,组合设计也更加利于进行单元测试和系统测试,确保系统的稳定性和可靠性。继承和组合的选择原则功能需求根据实际需求,判断哪些功能需要通过继承或组合来实现,选择最合适的方式。代码复用选择能够最大程度复用现有代码的设计方式,提高开发效率。扩展性选择能够提供更好扩展性的设计方式,便于未来需求变更。单继承和多继承1单继承单继承是指一个类只能继承一个直接父类。这种继承方式简单明了,继承关系清晰,易于维护和扩展。2多继承多继承是指一个类可以继承多个父类。这种继承方式更加灵活,但也更复杂,可能会产生命名冲突等问题。3优缺点对比单继承简单易懂,但限制较多。多继承灵活性高,但可能会增加代码复杂度和维护难度。开发者需权衡利弊,选择合适的继承方式。单继承的优缺点1简单易懂单继承的结构清晰明了，易于理解和实现。2代码复用有限子类只能继承单一父类，限制了代码复用的灵活性。3扩展性较差单继承无法灵活地扩展功能，难以适应需求的变化。单继承的优点是结构简单、易于理解和实现。但缺点是代码复用性较差，扩展性也较为受限。相比之下，多继承能够更好地适应复杂需求的变化。在实际开发中需要根据具体情况做出合理的选择。多继承的优缺点灵活性多继承提供了更大的灵活性,允许类从多个父类继承特性和功能,增强了类的功能和表达能力。复杂性多继承会大大增加类的复杂性,更难以管理和维护。需要仔细处理各个父类之间的关系和冲突。歧义性当多个父类有同名成员时,可能会导致歧义性。需要明确指定要使用哪个父类的成员。菱形继承及其解决方案1菱形继承问题当一个类同时继承自两个父类，而这两个父类又有一个共同的父类时，就会出现菱形继承问题。这会导致子类中出现重复的数据成员和行为。2虚继承虚继承是解决菱形继承问题的关键方法。通过使用虚基类，可以确保共同的父类在子类中只有一份拷贝，避免了数据的重复。3虚函数和纯虚函数在虚基类中，可以定义虚函数和纯虚函数来实现多态。子类可以重写这些函数来提供具体的实现。这样可以增加代码的灵活性和可扩展性。深拷贝和浅拷贝1深拷贝完整复制对象2浅拷贝仅复制引用3内存分配深拷贝需新内存深拷贝是完整复制一个对象，包括对象内部的所有元素。浅拷贝只是复制对象的引用，对象内部的元素仍然指向同一块内存。深拷贝需要分配新的内存空间，而浅拷贝只是新建一个引用。在处理复杂的对象时，深拷贝能够避免共享内部元素带来的副作用。深拷贝的实现方式1创建新对象深拷贝的核心是在内存中创建一个与原对象完全独立的新对象。这意味着新对象拥有自己的内存空间和数据副本。2逐项复制为了实现深拷贝,需要逐个复制原对象的所有属性和成员到新对象中。这样确保新对象与原对象完全隔离。3递归处理如果原对象包含引用类型的成员,则需要递归地对这些成员进行深拷贝,确保所有嵌套的引用类型都得到彻底复制。浅拷贝的实现方式1简单赋值使用等号直接赋值2Object.assign()使用Object.assign()方法复制对象3展开运算符使用展开运算符(...)复制对象浅拷贝是指复制对象的引用,即创建一个新的对象,但其内部的属性仍指向原有对象的内部属性。实现浅拷贝的方式包括简单赋值、使用Object.assign()方法和使用展开运算符(...)。这些方式都只复制了对象的一层,如果对象的属性是引用类型,那么还是会共享这些属性。深拷贝和浅拷贝的区别内存分配深拷贝为目标对象分配全新的内存空间，而浅拷贝仅复制对象的引用。数据关联深拷贝对象之间完全独立，改变一个不会影响另一个。浅拷贝对象之间存在关联，改变一个会影响另一个。适用场景深拷贝适用于对象内部包含复杂数据结构的情况。浅拷贝适用于对象内部只有基本数据类型的情况。深拷贝和浅拷贝的应用场景1对象复制在需要复制对象,而不影响原对象的场景2内存管理管理内存占用,避免内存泄漏3数据共享在需要共享数据但又不想影响原数据的情况深拷贝和浅拷贝的选择需要根据具体的应用场景而定。浅拷贝适合于对象之间数据的共享,而深拷贝则适用于需要完全复制对象的情况,同时也能避免内存泄漏的问题。开发人员需要对这两种拷贝方式的特点有深入的