C++学习笔记----9、发现继承的技巧（四）---- 多态继承（1）

现在理解了继承类与父类的关系，可以在最强大的场景--多态上使用继承了。以前我们讨论过多态允许用通用父类交换使用对象，在使用父类的地方使用本尊。

1、Spreadsheet的回归

前面两章使用spreadsheet程序作为应用程序的例子引向面向对象的设计。SpreadsheetCell代表了数据的一个元素。到现在为止，该元素只是保存了一个单独的double值。接着是一个SpreadsheetCell的简单类定义。注意到单元格可以被设置为double或string_view，但是保存的依然是double。单元格的当前值，总是返回一个string。

class SpreadsheetCell
{
public:
    virtual void set(double value);
    virtual void set(std::string_view value);
    virtual std::string getString() const;
private:
    static std::string doubleToString(double value);
    static double stringToDouble(std::string_view value);
    double m_value;
};

在真实的spreadsheet应用程序中，单元格会保存不同的数据。一个单元格可以保存一个double，但是也可以保存一段文本。可能会有更多单元格类型的要求，例如公式单元格或日期单元格。怎么支持这些呢？

2、设计多态Spreadsheet单元格

SpreadsheetCell类要扩展到层次结构了。可行的方法是限制其SpreadsheetCell的范围到只包含string，可能在过程中会将其重命名为StringSpreadsheetCell。为了处理double，再用一个类,DoubleSpreadsheetCell，继承自StringSpreadsheetCell，提供对于自身格式的特定功能。下图展示了这种设计。

这个方法给重用继承打了个样儿，因为DoubleSpreadsheetCell从StringSpreadsheetCell继承只是为了使用其内置的一些功能。

如果你要实现上图所示的设计，可能会发现继承类重载了大部分，如果不是全部的话，基类的功能。因为在几乎所有的情况下double与string的处理都是不同的，其关系可能不是我们一开始理解的那样。但是，在单元格包含string与单元格包含double之间的关系是清晰的。上图展示的模型，DoubleSpreadsheetCell是一个StringSpreadsheetCell，这种模型一看就不对，更好的设计是使这些类为一个通用类SpreadsheetCell的子类。下图展示了这样的设计。

上图的设计展示了SpreadsheetCell层次关系的多态方法。因DoubleSpreadsheetCell与StringSpreadsheetCell都继承自一个通用的父类SpreadsheetCell，在其它代码看来，它们是可交换的，在实践中，其意义如下：

两个继承类都支持基类定义的同样的接口（成员函数集）。
使用SpreadsheetCell对象的代码甚至可以在不知道单元格是DoubleSpreadsheetCell还是StringSpreadsheetCell的情况下就可以调用接口中的任意的成员函数。
通过virtual成员函数的魔法，接口中每个成员函数的恰当的实例依据对象的类不同而被调用。
其它数据结构，例如Spreadsheet类，可以包含通过指向基类的多种类型单元格的集合。

3、SpreadsheetCell基类

因为所有的spreadsheet单元格都继承自SpreadsheetCell基类，首先写这个类可能是一个好主意。当设计一个基类的时候，需要考虑继承类与其关系。依据这个信息，可以继承进入父类的通用性。例如，string单元格与double单元格在包含一个数据止是类似的。因为数据来自于用户，又回显给用户，该值被设置为string，作为string查询。这些行为是共享功能，组成了基类。

3.1、第一次尝试

SpreadsheetCell基类负责定义所有SpreadsheetCell继承类支持的行为。在这个例子中，所有的单元格需要能够被设置其值为string。所有的单元格也需要能够作为string返回其当前值。基类定义声明了这些成员函数，也显式地缺省了virtual析构函数，但是注意它没有数据成员。定义在spreadsheet_cell模块中。

export module spreadsheet_cell;

import std;

export class SpreadsheetCell
{
public:
	virtual ~SpreadsheetCell() = default;

	virtual void set(std::string_view value);

	virtual std::string getString() const;
};

当你在为该类写.cpp文件是地，马上就会碰到一个总是。考虑到spreadsheet基类的单元格包含的既不是double也不是string数据成员，怎么实现呢？说得更通用一些，怎么写一个基类声明了被继承类支持的行为，而没有实际定义这些行为的实现？

一个可能的方法是为这些行为实现“什么也不做”的功能。例如，在SpreadsheetCell基类上调用set()成员函数没有效果，因为基类没有什么可以设置的。然而，这个方法仍然感觉不对。理想情况下，在基类的实例中不应该有这么一个对象。调用set()应该总是应该有效果的，因为它应该要么在DoubleSpreadsheetCell上，要么在StringSpreadsheetcell上调用。好的解决方案加强了这一限制。

3.2、干净的virtual成员函数与抽象基类

干净的virtual成员函数是指在类定义中没有显式定义的成员函数。为了使成员函数成为干净的virtual,需要告诉编译器在当前类中不存在该成员函数的定义。至少有一个干净的virtual成员函数的类叫做抽象类，因为没有代码能够实例化它。编译器强化了这个事实，如果一个类包含一个或者多个干净的virtual成员函数，它不能用于构建该类型的对象。

设计一个干净的virtual成员函数有一个特别的语法。该成员函数声明跟随=0。不需要写实现。

export module spreadsheet_cell;

import std;

export class SpreadsheetCell
{
public:
	virtual ~SpreadsheetCell() = default;

	virtual void set(std::string_view value) = 0;

	virtual std::string getString() const = 0;
};

既然基类是一个抽象类，生成SpreadsheetCell对象是不可能的。下面的代码编译失败，返回错误，如：“’SpreadsheetCell’：无法初始化抽象类”：

SpreadsheetCell cell; // Error! Attempts creating abstract class instance.

然而，一旦StringSpreadsheetCell类被实现，下面的代码就会编译成功，因为它实例化了一个抽象基类的继承类：

unique_ptr<SpreadsheetCell> cell { new StringSpreadsheetCell {} };

注意：抽象类提供了防止其它代码直接实例化对象的方法，与其继承类相对。

注意不需要实现SpreadsheetCell类，所有的成员函数都是干净的virtual，析构函数显式缺省。

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