《繼承與派生shuli》課件

《繼承與派生》課程概述本課程旨在探討面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中的繼承和派生概念。我們將深入學(xué)習(xí)如何通過繼承創(chuàng)建新類,復(fù)用父類的功能,并靈活地?cái)U(kuò)展和定制類的行為。同時(shí)還將介紹多態(tài)性和動(dòng)態(tài)綁定等相關(guān)重要知識(shí)。這些概念對(duì)于編寫可復(fù)用、可擴(kuò)展的高質(zhì)量代碼至關(guān)重要。byhpzqamifhr@繼承的定義和特點(diǎn)1定義繼承是面向?qū)ο缶幊痰囊粋€(gè)基本概念，它允許一個(gè)類(子類)從另一個(gè)類(父類)繼承屬性和方法。2重用繼承使得軟件開發(fā)人員可以重用現(xiàn)有的代碼，從而提高開發(fā)效率和代碼質(zhì)量。3擴(kuò)展子類可以在父類的基礎(chǔ)上添加新的屬性和方法，擴(kuò)展父類的功能。繼承是面向?qū)ο缶幊讨幸环N非常強(qiáng)大的特性。它不僅可以實(shí)現(xiàn)代碼的重用,還可以通過子類對(duì)父類的功能進(jìn)行擴(kuò)展和增強(qiáng)。這樣既提高了開發(fā)效率,又保證了軟件的可維護(hù)性。繼承的基本語法1類定義一個(gè)新的類型2對(duì)象基于類創(chuàng)建實(shí)例化的對(duì)象3繼承從基類派生出新的子類繼承是面向?qū)ο缶幊痰暮诵奶卣髦?。它允許我們從現(xiàn)有的類型派生出新的類型,并復(fù)用已有的屬性和方法。子類可以在基類的基礎(chǔ)上添加新的功能,或重寫基類的實(shí)現(xiàn)。這種層次化和代碼重用的能力使得面向?qū)ο缶幊谈訌?qiáng)大和靈活。繼承的訪問控制1公有繼承公有繼承保留了基類中公有和受保護(hù)成員的訪問權(quán)限,子類可以自由訪問這些成員。這是最常見的繼承方式,能夠?qū)崿F(xiàn)基類功能的完全繼承。2私有繼承私有繼承會(huì)將基類中的公有和受保護(hù)成員在子類中變?yōu)樗接谐蓡T,子類無法直接訪問這些成員,需要通過公有或受保護(hù)的接口間接訪問。3受保護(hù)繼承受保護(hù)繼承會(huì)將基類中的公有成員在子類中變?yōu)槭鼙Ｗo(hù)成員,子類可以直接訪問這些成員,但外部類無法訪問。這種方式常用于實(shí)現(xiàn)層次化的類體系。繼承的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)構(gòu)造函數(shù)繼承子類可以通過初始化列表或構(gòu)造函數(shù)調(diào)用父類的構(gòu)造函數(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)父類成員變量的初始化。這樣可以確保子對(duì)象在創(chuàng)建時(shí)能夠正確初始化父類部分。析構(gòu)函數(shù)繼承子類的析構(gòu)函數(shù)會(huì)自動(dòng)調(diào)用父類的析構(gòu)函數(shù)。這可以確保在子對(duì)象被銷毀時(shí)，父類部分的資源也能被正確釋放。虛析構(gòu)函數(shù)當(dāng)父類指針指向子類對(duì)象時(shí)，需要使用虛析構(gòu)函數(shù)來確保子類部分的資源也能被正確釋放。這是實(shí)現(xiàn)多態(tài)性的關(guān)鍵。繼承的多態(tài)性多態(tài)的定義多態(tài)性允許子類擁有與父類不同的行為實(shí)現(xiàn),使得代碼更加靈活和可擴(kuò)展。多態(tài)的表現(xiàn)形式方法重寫、運(yùn)算符重載和接口實(shí)現(xiàn)都是多態(tài)性的具體體現(xiàn)。多態(tài)的應(yīng)用場(chǎng)景多態(tài)常用于實(shí)現(xiàn)通用算法、定義統(tǒng)一的接口以及根據(jù)對(duì)象的動(dòng)態(tài)類型做出不同的處理。繼承的類型轉(zhuǎn)換1原始類型2派生類型3自動(dòng)類型轉(zhuǎn)換4顯式類型轉(zhuǎn)換在繼承關(guān)系中,基類和派生類之間存在著類型轉(zhuǎn)換的關(guān)系。原始類型可以自動(dòng)轉(zhuǎn)換為派生類型,這種轉(zhuǎn)換稱為向上轉(zhuǎn)換。而派生類型需要進(jìn)行顯式類型轉(zhuǎn)換才能轉(zhuǎn)換為原始類型,這種轉(zhuǎn)換稱為向下轉(zhuǎn)換。了解這些類型轉(zhuǎn)換的規(guī)則對(duì)于正確使用繼承非常重要。抽象類和接口1抽象類定義了一些必須被實(shí)現(xiàn)的方法和屬性2接口只定義方法簽名,沒有具體實(shí)現(xiàn)3聯(lián)系與區(qū)別都用于抽象和定義共性抽象類和接口都是面向?qū)ο缶幊讨械闹匾拍?用于抽象和定義共性。抽象類定義了一些必須被實(shí)現(xiàn)的方法和屬性,子類必須實(shí)現(xiàn)這些方法。而接口只定義方法簽名,不包含具體實(shí)現(xiàn),子類需要實(shí)現(xiàn)接口中定義的所有方法。二者都用于提高代碼的可復(fù)用性和擴(kuò)展性。抽象類的定義和特點(diǎn)1定義抽象類是一種特殊的類,它無法被實(shí)例化,只能作為其他類的基類使用。它為具體的子類提供了骨架和方法簽名的定義。2特點(diǎn)抽象類可以包含抽象方法,這些方法沒有方法體,必須在具體的子類中實(shí)現(xiàn)。抽象類也可以包含普通的具體方法。3用途抽象類用于定義一個(gè)通用的接口或框架,子類必須實(shí)現(xiàn)抽象類中定義的所有抽象方法,從而保證了代碼的一致性和可擴(kuò)展性。抽象類的使用場(chǎng)景1定義標(biāo)準(zhǔn)接口抽象類可以用來定義一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的接口,為子類提供統(tǒng)一的方法和屬性。子類必須實(shí)現(xiàn)這些抽象方法,確保符合接口標(biāo)準(zhǔn)。2實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)功能抽象類還可以包含一些基礎(chǔ)功能的實(shí)現(xiàn),為子類提供公共的服務(wù)和能力,減少重復(fù)代碼。子類只需要實(shí)現(xiàn)自己獨(dú)有的功能。3實(shí)現(xiàn)部分公共邏輯有些情況下,抽象類可以實(shí)現(xiàn)一部分公共的業(yè)務(wù)邏輯,為子類提供一些基礎(chǔ)的處理能力。子類只需要實(shí)現(xiàn)特有的邏輯即可。接口的定義和特點(diǎn)1接口定義接口定義了一組方法的簽名，不包含任何實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。2接口特點(diǎn)接口完全抽象，支持多重繼承。3接口優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)松耦合、代碼重用、面向接口編程。接口是一個(gè)完全抽象的概念，只定義方法的簽名而不包含任何實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。它支持多重繼承，可以讓不同的類實(shí)現(xiàn)相同的功能。接口的主要優(yōu)勢(shì)是實(shí)現(xiàn)了松耦合、代碼重用，以及面向接口編程的設(shè)計(jì)理念。接口的使用場(chǎng)景解耦設(shè)計(jì)接口可以將軟件系統(tǒng)中的不同模塊和組件解耦,提高系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性。定義標(biāo)準(zhǔn)接口可以在不同的開發(fā)團(tuán)隊(duì)或系統(tǒng)之間定義統(tǒng)一的通信標(biāo)準(zhǔn),確保各部分能夠互相協(xié)作。提高復(fù)用性通過定義通用的接口,可以提高代碼的復(fù)用性,降低開發(fā)成本和時(shí)間。繼承和組合的區(qū)別1繼承基于類的相似性2組合基于類的互補(bǔ)性3實(shí)現(xiàn)方式子類繼承父類4設(shè)計(jì)模式聚合或關(guān)聯(lián)繼承和組合是兩種不同的面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)思想。繼承基于類的相似性,通過子類繼承父類來實(shí)現(xiàn)功能。組合則是基于類的互補(bǔ)性,通過將多個(gè)類組合在一起來實(shí)現(xiàn)需求。繼承體現(xiàn)了"is-a"的關(guān)系,組合則體現(xiàn)了"has-a"的關(guān)系。繼承是通過繼承關(guān)系來實(shí)現(xiàn),組合則是通過聚合或關(guān)聯(lián)的設(shè)計(jì)模式。組合的定義和特點(diǎn)組合是一種軟件設(shè)計(jì)模式,它通過將對(duì)象組合在一起來構(gòu)建復(fù)雜的功能。與繼承不同,組合強(qiáng)調(diào)"擁有"而非"是"的關(guān)系。組合通過組合復(fù)雜對(duì)象來實(shí)現(xiàn)功能,而不是通過繼承來實(shí)現(xiàn)。這使得代碼更加靈活、可重用和可維護(hù)。1靈活性組合可以動(dòng)態(tài)地組裝和拆解對(duì)象,實(shí)現(xiàn)更加靈活的功能2可重用性組合的對(duì)象可以在多個(gè)地方復(fù)用,提高代碼的可重用性3可維護(hù)性組合使得代碼更容易理解和修改,提高可維護(hù)性總之,組合是一種非常強(qiáng)大的軟件設(shè)計(jì)模式,可以幫助開發(fā)者構(gòu)建出更加靈活、可重用和可維護(hù)的軟件系統(tǒng)。組合的使用場(chǎng)景1復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)將復(fù)雜系統(tǒng)拆分成更小的模塊化組件2代碼重用通過組合實(shí)現(xiàn)代碼的高度可復(fù)用性3測(cè)試與維護(hù)組合設(shè)計(jì)更易于測(cè)試和維護(hù)組合模式在復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)中非常有用。它可以將系統(tǒng)劃分為更小的模塊化組件,提高代碼的可重用性和可維護(hù)性。同時(shí),組合設(shè)計(jì)也更加利于進(jìn)行單元測(cè)試和系統(tǒng)測(cè)試,確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。繼承和組合的選擇原則功能需求根據(jù)實(shí)際需求,判斷哪些功能需要通過繼承或組合來實(shí)現(xiàn),選擇最合適的方式。代碼復(fù)用選擇能夠最大程度復(fù)用現(xiàn)有代碼的設(shè)計(jì)方式,提高開發(fā)效率。擴(kuò)展性選擇能夠提供更好擴(kuò)展性的設(shè)計(jì)方式,便于未來需求變更。單繼承和多繼承1單繼承單繼承是指一個(gè)類只能繼承一個(gè)直接父類。這種繼承方式簡單明了,繼承關(guān)系清晰,易于維護(hù)和擴(kuò)展。2多繼承多繼承是指一個(gè)類可以繼承多個(gè)父類。這種繼承方式更加靈活,但也更復(fù)雜,可能會(huì)產(chǎn)生命名沖突等問題。3優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比單繼承簡單易懂,但限制較多。多繼承靈活性高,但可能會(huì)增加代碼復(fù)雜度和維護(hù)難度。開發(fā)者需權(quán)衡利弊,選擇合適的繼承方式。單繼承的優(yōu)缺點(diǎn)1簡單易懂單繼承的結(jié)構(gòu)清晰明了，易于理解和實(shí)現(xiàn)。2代碼復(fù)用有限子類只能繼承單一父類，限制了代碼復(fù)用的靈活性。3擴(kuò)展性較差單繼承無法靈活地?cái)U(kuò)展功能，難以適應(yīng)需求的變化。單繼承的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、易于理解和實(shí)現(xiàn)。但缺點(diǎn)是代碼復(fù)用性較差，擴(kuò)展性也較為受限。相比之下，多繼承能夠更好地適應(yīng)復(fù)雜需求的變化。在實(shí)際開發(fā)中需要根據(jù)具體情況做出合理的選擇。多繼承的優(yōu)缺點(diǎn)靈活性多繼承提供了更大的靈活性,允許類從多個(gè)父類繼承特性和功能,增強(qiáng)了類的功能和表達(dá)能力。復(fù)雜性多繼承會(huì)大大增加類的復(fù)雜性,更難以管理和維護(hù)。需要仔細(xì)處理各個(gè)父類之間的關(guān)系和沖突。歧義性當(dāng)多個(gè)父類有同名成員時(shí),可能會(huì)導(dǎo)致歧義性。需要明確指定要使用哪個(gè)父類的成員。菱形繼承及其解決方案1菱形繼承問題當(dāng)一個(gè)類同時(shí)繼承自兩個(gè)父類，而這兩個(gè)父類又有一個(gè)共同的父類時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)菱形繼承問題。這會(huì)導(dǎo)致子類中出現(xiàn)重復(fù)的數(shù)據(jù)成員和行為。2虛繼承虛繼承是解決菱形繼承問題的關(guān)鍵方法。通過使用虛基類，可以確保共同的父類在子類中只有一份拷貝，避免了數(shù)據(jù)的重復(fù)。3虛函數(shù)和純虛函數(shù)在虛基類中，可以定義虛函數(shù)和純虛函數(shù)來實(shí)現(xiàn)多態(tài)。子類可以重寫這些函數(shù)來提供具體的實(shí)現(xiàn)。這樣可以增加代碼的靈活性和可擴(kuò)展性。深拷貝和淺拷貝1深拷貝完整復(fù)制對(duì)象2淺拷貝僅復(fù)制引用3內(nèi)存分配深拷貝需新內(nèi)存深拷貝是完整復(fù)制一個(gè)對(duì)象，包括對(duì)象內(nèi)部的所有元素。淺拷貝只是復(fù)制對(duì)象的引用，對(duì)象內(nèi)部的元素仍然指向同一塊內(nèi)存。深拷貝需要分配新的內(nèi)存空間，而淺拷貝只是新建一個(gè)引用。在處理復(fù)雜的對(duì)象時(shí)，深拷貝能夠避免共享內(nèi)部元素帶來的副作用。深拷貝的實(shí)現(xiàn)方式1創(chuàng)建新對(duì)象深拷貝的核心是在內(nèi)存中創(chuàng)建一個(gè)與原對(duì)象完全獨(dú)立的新對(duì)象。這意味著新對(duì)象擁有自己的內(nèi)存空間和數(shù)據(jù)副本。2逐項(xiàng)復(fù)制為了實(shí)現(xiàn)深拷貝,需要逐個(gè)復(fù)制原對(duì)象的所有屬性和成員到新對(duì)象中。這樣確保新對(duì)象與原對(duì)象完全隔離。3遞歸處理如果原對(duì)象包含引用類型的成員,則需要遞歸地對(duì)這些成員進(jìn)行深拷貝,確保所有嵌套的引用類型都得到徹底復(fù)制。淺拷貝的實(shí)現(xiàn)方式1簡單賦值使用等號(hào)直接賦值2Object.assign()使用Object.assign()方法復(fù)制對(duì)象3展開運(yùn)算符使用展開運(yùn)算符(...)復(fù)制對(duì)象淺拷貝是指復(fù)制對(duì)象的引用,即創(chuàng)建一個(gè)新的對(duì)象,但其內(nèi)部的屬性仍指向原有對(duì)象的內(nèi)部屬性。實(shí)現(xiàn)淺拷貝的方式包括簡單賦值、使用Object.assign()方法和使用展開運(yùn)算符(...)。這些方式都只復(fù)制了對(duì)象的一層,如果對(duì)象的屬性是引用類型,那么還是會(huì)共享這些屬性。深拷貝和淺拷貝的區(qū)別內(nèi)存分配深拷貝為目標(biāo)對(duì)象分配全新的內(nèi)存空間，而淺拷貝僅復(fù)制對(duì)象的引用。數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)深拷貝對(duì)象之間完全獨(dú)立，改變一個(gè)不會(huì)影響另一個(gè)。淺拷貝對(duì)象之間存在關(guān)聯(lián)，改變一個(gè)會(huì)影響另一個(gè)。適用場(chǎng)景深拷貝適用于對(duì)象內(nèi)部包含復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的情況。淺拷貝適用于對(duì)象內(nèi)部只有基本數(shù)據(jù)類型的情況。深拷貝和淺拷貝的應(yīng)用場(chǎng)景1對(duì)象復(fù)制在需要復(fù)制對(duì)象,而不影響原對(duì)象的場(chǎng)景2內(nèi)存管理管理內(nèi)存占用,避免內(nèi)存泄漏3數(shù)據(jù)共享在需要共享數(shù)據(jù)但又不想影響原數(shù)據(jù)的情況深拷貝和淺拷貝的選擇需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景而定。淺拷貝適合于對(duì)象之間數(shù)據(jù)的共享,而深拷貝則適用于需要完全復(fù)制對(duì)象的情況,同時(shí)也能避免內(nèi)存泄漏的問題。開發(fā)人員需要對(duì)這兩種拷貝方式的特點(diǎn)有深入的