抽象基类ABC

Ellipse类

开发一个图形程序,显示圆和椭圆。圆是椭圆的一个特殊情况,长轴和短轴等长的椭圆,因此,所有的圆都是椭圆,可以从Ellipse类派生出Circle类。数据成员包括椭圆中心的坐标、半长轴、短半轴、方向角。还包括一些移动椭圆、返回椭圆面积、旋转椭圆、缩放长半轴和短半轴方法。

class Ellipse
{
private:
	double x; //椭圆中心x坐标
	double y; //椭圆中心y坐标
	double a; //半长轴
	double b; //短半轴
	double angle; //方向角
	...

public:
	void Move(int nx, int ny) { x = nx; y = ny; }
	virtual double Area() const { return 3.14159 * a * b; }
	virtual void Rotable(double nang) { angle += nang; }
	virtual void Scale(double sa, double sb) { a *= sa; b *= sb; }
	...
};

现在从Ellipse类派生出一个Circle类:

class Circle : public Ellipse
{
	...
};

虽然圆是一种椭圆,但是这种派生是笨拙的。例如,圆只需要一个值(半径)就可以描述大小和形状,并需要有长半轴、短半轴。Circle构造函数可以通过将同一个值赋给成员a和b来照顾这种情况,但这会导致信息冗余。angle参数和Rotate()方法对圆来说没有实际意义;而Scale()方法会将两个轴作不同的缩放,将圆变成椭圆。可以使用一些技巧来修正这些问题,例如在Circle类中的私有部分包含重新定义的Rotate()方法,使Rotate()不能以公有方式用于圆。但总的来说,不能使用继承,直接定义Circle类更简单:

class Circle : public Ellipse
{
private:
	double x;
	double y;
	double r;
	...

public:
	...
	void Move(int nx, int ny) { x = nx; y = ny; }
	double Area() const { return 3.14159 * r * r; }
	void Scale(double sr) { r *= sr; }
	...
};

类只包含所需的成员。但这种解决方法的效率也并不高。Circl和Ellipse类有很多的共同点,将他们分别定义则忽略这个事实。

还有一种解决放,从Ellipse和Circle类中抽象出它们的共性,将这些特性放到一个ABC中。然后从该ABC派生出Circle和Ellipse类。便可以使用基类指针数组同时管理Circle和Ellipse对象,即可以使用多态方法。这两个类的共同点是中心坐标、Move()方法(对于这两个类是相同的)和Area()方法(对于这两个类来说,是不同的)。甚至不能在ABC中实现Area()方法,因为它没有包含必要的数据成员。

C++通过使用纯虚函数提供未实现的函数。纯虚函数的声明的结尾处为=0。

class BaseEllipse //抽象基类
{
private:
	double x;
	double y;
	...

public:
	BaseEllipse(double x0 = 0, double y0 = 0) : x(x0),y(y0) {}
	virtual ~BaseEllipse() {}
	void Move(int nx, int ny) { x = nx; y = ny; }
	virtual double Area() const = 0; //纯虚函数
	...
};

当类声明中包含纯虚函数时,则不能创建该类的对象。包含纯虚函数的类只用作基类。要成为真正的ABC,必须至少包含一个纯虚函数。原则中=0使虚函数成为纯虚函数。这里的方法Area()没有定义,但C++甚至允许纯虚函数有定义。

例如,所有的基类方法都与Move()一样,可以在基类中进行定义,但仍需要将这个类声明为抽象的。这种情况下,可以将原型声明为虚的:

void Move(int nx, int ny) = 0;

这将使基类成为抽象的,但仍可以实现文件中提供方法的定义:

void BaseEllipse::Move(int nx, int ny) { x = nx; y = ny; }

在原型中使用=0指出类是一个抽象基类,在类中可以不定义该函数。

可以从BaseEllipse类派生出Ellipse类和Circle类,添加所需的成员来完成每个类。需要注意的是,Circle类总是表示圆,而Ellipse类总是表示椭圆。然而,Ellipse类圆可被重新缩放为非圆,而Ciecle类必须始终为圆。

这些类的程序能够创建Ellipse对象和Circle对象,但是不能创建BaseEllipse对象。由于Circle和Ellipse对象的基类相同,因此可以用BaseEllipse指针数组同时管理这两种对象。像Circle和Ellipse这样的类有时被称为具体类,这表示可以创建这些类型的对象。

ABC描述的至少使用一个纯虚函数的接口,从ABC派生出的类将根据派生类的具体特征,使用常规虚函数来实现这种接口。

ABC

首先定义一个名为AcctABC的ABC。这个类包含Brass和BrassPlus类共有的所有方法和数据成员,而那些在BrassPlus类和Brass类中的行为不同的方法应被声明为虚函数。至少应有一个虚函数是纯虚函数,这样才能使AcctABC成为抽象类。

acctabc.h

为帮助派生类访问基类数据,AcctABC提供一些保护方法;派生类方法可以调用这些方法,但它们并不是派生类对象的公有接口的组成部分。AcctABC提供了一个保护成员函数,用于处理格式化。另外AcctABC类还有两个纯虚函数,所以它确实是抽象类。

#ifndef ACCTABC_H_
#define ACCTABC_H_
#include <iostream>
#include <string>

//抽象基类
class AcctABC
{
private:
	std::string fullName;
	long acctNum;
	double balance;

protected:
	struct Formatting
	{
		std::ios_base::fmtflags flag;
		std::streamsize pr;
	};
	const std::string & FullName() const { return fullName; }
	long AcctNum() const { return acctNum; }
	Formatting SetFormat() const;
	void Restore(Formatting & f) const;

public:
	AcctABC(const std::string & s = "Nullbody", long an = -1, double bal = 0.0);
	void Deposit(double amt);
	virtual void Withdraw(double amt) = 0;
	double Balance() const { return balance; };
	virtual void ViewAcct() const = 0;
	virtual ~AcctABC() {}
};

//Brass Account 类
class Brass :public AcctABC
{
public:
	Brass(const std::string & s = "Nullbody", long an = -1, double bal = 0.0) : AcctABC(s, an, bal) {}
	virtual void Withdraw(double amt);
	virtual void ViewAcct() const;
	virtual ~Brass() {}
};

//Brass Plus Account 类
class BrassPlus :public AcctABC
{
private:
	double maxLoan;
	double rate;
	double owesBank;

public:
	BrassPlus(const std::string & s = "Nullbody", long an = -1, double bal = 0.0, double ml = 500, double r = 0.10);
	BrassPlus(const Brass & ba, double ml = 500, double r = 0.1);
	virtual void ViewAcct() const;
	virtual void Withdraw(double amt);
	void ResetMax(double m) { maxLoan = m; }
	void ResetRate(double r) { rate = r; }
	void ResetOwes() { owesBank = 0; }
};

#endif

acctabc.cpp

#include <iostream>
#include "acctabc.h"
using std::cout;
using std::ios_base;
using std::endl;
using std::string;

AcctABC::AcctABC(const std::string & s, long an, double bal)
{
	fullName = s;
	acctNum = an;
	balance = bal;
}

void AcctABC::Deposit(double amt)
{
	if (amt < 0)
		cout << "Negative deposit not allowed; "
		<< "deposit is cancelled.\n";
	else
		balance += amt;
}

void AcctABC::Withdraw(double amt)
{
	balance -= amt;
}

AcctABC::Formatting AcctABC::SetFormat() const
{
	Formatting f;
	f.flag = cout.setf(ios_base::fixed, ios_base::floatfield);
	f.pr = cout.precision(2);
	return f;
}

void AcctABC::Restore(Formatting & f) const
{
	cout.setf(f.flag, ios_base::floatfield);
	cout.precision(f.pr);
}

void Brass::Withdraw(double amt)
{
	if (amt < 0)
		cout << "Withdrawal amount must be positive; "
		<< "withdrawal canceled.\n";
	else if (amt <= Balance())
		AcctABC::Withdraw(amt);
	else
		cout << "Withdrawal amount of $" << amt
		<< " exceeds your balance.\n"
		<< "Withdrawal canceled.\n";
}

void Brass::ViewAcct() const
{
	Formatting f = SetFormat();
	cout << "Brass Client: " << FullName() << endl;
	cout << "Account Number: " << AcctNum() << endl;
	cout << "Balance: $" << Balance() << endl;
	Restore(f);
}

BrassPlus::BrassPlus(const string & s, long an, double bal, double ml, double r) : AcctABC(s, an, bal)
{
	maxLoan = ml;
	owesBank = 0.0;
	rate = r;
}

BrassPlus::BrassPlus(const Brass & ba, double ml, double r) : AcctABC(ba)
{
	maxLoan = ml;
	owesBank = 0.0;
	rate = r;
}

void BrassPlus::ViewAcct() const
{
	Formatting f = SetFormat();
	cout << "Brass Client: " << FullName() << endl;
	cout << "Account Number: " << AcctNum() << endl;
	cout << "Balance: $" << Balance() << endl;
	cout << "Maximum loan: $" << maxLoan << endl;
	cout << "Owed to bank: $" << owesBank << endl;
	cout.precision(3);
	cout << "Loan Rate: " << 100 * rate << "%\n";
	Restore(f);
	Restore(f);
}

void BrassPlus::Withdraw(double amt)
{
	Formatting f = SetFormat();
	double bal = Balance();
	if (amt <= bal)
		AcctABC::Withdraw(amt);
	else if (amt <= bal + maxLoan - owesBank)
	{
		double advance = amt - bal;
		owesBank += advance * (1.0 + rate);
		cout << "Bank advance: $" << advance << endl;
		cout << "Finance charge: $" << advance * rate << endl;
		Deposit(advance);
		AcctABC::Withdraw(amt);
	}
	else
		cout << "Credit limit exceeded. Transaction cancelled.\n";
	Restore(f);
}

保护方法FullName()和AcctNum()提供了对数据成员fullName和acctNum的只读访问,使得可以进一步定制每个派生类的ViewAcct()。

在设置输出格式进行改进,定义了一个结构,用于存储两项格式设置;并使用该结构来设置和恢复格式,因此只需两个函数调用:

struct Formatting
{
	std::ios_base::fmtflags flag;
	std::streamsize pr;
};
....
Formatting f = SetFormat();
...
Restore(f);

将这些函数以及结构Formatting放在一个独立的名称空间中,但它们是保护访问权限,因此将这些结构和函数放在了类定义的保护部分。这使得它们对基类和派生类可用,同时向外隐藏了它们。

main.cpp

#include <iostream>
#include <string>
#include "acctabc.h"

const int CLIENTS = 4;

int main()
{
	using std::cin;
	using std::cout;
	using std::endl;

	AcctABC * p_clients[CLIENTS];
	std::string temp;
	long tempnum;
	double tempbal;
	char kind;

	for (int i = 0; i < CLIENTS; i++)
	{
		cout << "Enter client's name: ";
		getline(cin, temp);
		cout << "Enter client's account number: ";
		cin >> tempnum;
		cout << "Enter opening balance: $";
		cin >> tempbal;
		cout << "Enter 1 for Brass Account or "
			<< "2 for BrassPlus Account: ";
		while (cin >> kind && (kind != '1' && kind != '2'))
			cout << "Enter either 1 or 2: ";
		if (kind == '1')
			p_clients[i] = new Brass(temp, tempnum, tempbal);
		else
		{
			double tmax, trate;
			cout << "Enter the overdraft limit: $";
			cin >> tmax;
			cout << "Enter the interest rate "
				<< "as a decimal fraction: ";
			cin >> trate;
			p_clients[i] = new BrassPlus(temp, tempnum, tempbal, tmax, trate);
		}
		while (cin.get() != '\n')
			continue;
	}
	cout << endl;
	for (int i = 0; i < CLIENTS; i++)
	{
		p_clients[i]->ViewAcct();
		cout << endl;
	}
	for (int i = 0; i < CLIENTS; i++)
	{
		delete p_clients[i];
	}
	cout << "Done.\n";
	return 0;
}

抽象基类ABC

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