實例解析C++/CLI中的繼承與枚舉

2019-11-17 05:03:08

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供稿：網友

　　本文中，將要介紹與繼續相關的C++/CLI主題，并以現實生活中銀行交易的三種形式：存款、取款、轉賬，來說明類的繼續體系，且以一種新的枚舉形式來實現。

　　枚舉器

　　請看例1中聲明的類型，它存在于其自身的源文件中，并編譯為一個只包含此類型的程序集：

　　例1：

public enum class TransactionType :
unsigned char {Deposit, Withdrawal, Transfer};
　　與想像的一樣，枚舉器中的Deposit、Withdrawal、Transfer分別代表0、1、2的常量值，但有三個方面卻讓這個enum類型與標準C++的enum類型（也就是"本地enum"）大不相同。

　　·enum類只用于取代enum。這使TransactionType成為了一個CLI enum。（也答應enum結構，其與enum類等價。）

　　·此類型的可訪問性為public，以使其可從父類程序集外可見。（在C++/CLI中，一個本地enum類型也能有一個訪問限定符。）

　　·enum類有一個顯式的基本類型限定符：在本例中為unsigned char。（在C++/CLI中，一個本地enum也能有一個基本類型。）默認情況下，基本類型為int?；绢愋鸵材転閎ool或除wchar_t之外的任意整形。（假如指定bool為基本類型，枚舉器必須顯式地進行初始化，因為沒有默認的初始值。）

　　支持這個新語法的原因是CLI enum遵從CLS標準，而本地enum卻不遵從。

　　CLI enum與本地enum間最大的區別在于構成方式上，枚舉名的作用范圍由它的父類enum類型來限定。另外，標準C++中定義的整數提升，并不適用于CLI enum。

　　與本地enum類似，一個CLI enum也能被定義在一個類中，在這種情況下，就不答應使用訪問限定符了，因為嵌套類型的可見性，已被其嵌入到的類型可見性所取代。

　　交易的抽象基類

　　交易類型的繼續體系在基類Transaction中，默認從System::Object繼續，見例2：

　　例2：

using namespace System;
using namespace System::Threading;

/*1*/
public ref class Transaction abstract
{
　TransactionType typeOfTransaction;
　/*2*/ DateTime dateTimeOfTransaction;
　public:
　/*3a*/ PRoperty TransactionType TypeOfTransaction
　{
　　TransactionType get() { return typeOfTransaction; }

　private:
　　void set(TransactionType value) { typeOfTransaction = value; }
}

/*3b*/ property DateTime DateTimeOfTransaction
{
　DateTime get() { return dateTimeOfTransaction; }
　private:
　　void set(DateTime value) { dateTimeOfTransaction = value; }
}

/*4*/ virtual void PostTransaction() abstract;

protected:
/*5*/ Transaction(TransactionType transType)
{
　/*6*/ Thread::Sleep((gcnew Random)->Next(1000,2001));
　/*7*/ TypeOfTransaction = transType;
　/*8*/ DateTimeOfTransaction = DateTime::Now;
}
};
　　在標號1中，這個類被標為abstract（抽象類），這意味著它不能被直接實例化。（抽象不是一個要害字，僅僅在此上下文中作了保留。）這個abstract修飾詞可用于定義一個抽象類，而無須顯式地聲明一個或多個成員函數為純虛類型。

　　在類的私有數據成員部分，一個Transaction包含了一個交易類型及一個時間日期戳，兩者都由定義在標號3a及3b中的屬性來訪問。在標號2中使用的CLI庫值類型System::DateTime答應用一個即時變量顯示出當天的日期與時間。請注重，兩個屬性是怎樣擁有公有get方法與私有set方法的。（這是基于新的CLI標準，并且現在已與CLS兼容了。）

　　標號4要求每個具體的交易類型都有公共的成員函數PostTransaction，在此的abstract函數修飾符等同于標準C++語法中的純虛函數，一個抽象（abstract）函數必須顯式地聲明為virtual。

　　由于構造函數只應從繼續類中調用，所以定義在標號5中的構造函數為protected，但它需做的事情卻非常簡單：設置新的交易類型為傳遞進來的類型，并通過調用公有屬性DateTime::Now的get方法把時間日期戳設置為當前時間。有關傳遞進來的交易類型，應為一個值類型，而不答應為nullptr，由于CLI enum的強類型檢查，編譯器只答應同類型的枚舉器被傳遞，或者同類型的實例，當然了，其也只能被同類型的枚舉器所初始化。

　　通常地，構造函數必須盡快執行完，在此，為從測試程序中得出更多的結果，所以在程序中安置了一個延遲方法，因此時間日期戳在每次交易時都會改變，見標號6，構造函數會在初始化數據成員之前，隨機休眠一段時間。由于每個程序至少都會有一個執行線程，而此線程的有關特征可通過sealed System::Threading::Thread引用類來設置或獲取，Thread::Sleep函數則把當前執行線程掛起指定的毫秒數。

　　為使掛起的時間有所變化，使用了System::Random引用類來生成一系列的偽隨機數，標號6中重載的Next函數則獲取了一個"大于等于1000，小于2001"的數，也就是一至兩秒鐘的延遲。

更多內容請看C/C++應用實例專題，或

存款、取款、轉賬類

　　例3定義了存款類，為什么這個類為sealed呢？假如還沒有認真考慮過它是否足夠"健壯"以可作一個基類，那么還是讓它不可以繼續吧。例3：

using namespace System;

/*1*/
public ref class Deposit sealed : Transaction
{
　/*2*/ Decimal amount;
　int toAccount;
　public:
　　/*3a*/ Deposit(double amount, int toAccount) :
　　Transaction(TransactionType::Deposit)
　　{
　　　DepositAmount = Decimal(amount);
　　　DepositToAccount = toAccount;
　　}

　　/*3b*/ Deposit(Decimal amount, int toAccount) :
　　Transaction(TransactionType::Deposit)
　　{
　　　DepositAmount = amount;
　　　DepositToAccount = toAccount;
　　}
　　property Decimal DepositAmount
　　{
　　　Decimal get() { return amount; };
　　　private:
　　　　void set(Decimal value) { amount = value; }
　　}
　　property int DepositToAccount
　　{
　　　int get() { return toAccount; };
　　　private:
　　　　void set(int value) { toAccount = value; }
　　}

　　/*4*/ void PostTransaction()
　　{
　　　Console::WriteLine("{0} -- {1}", DateTimeOfTransaction, this);
　　}
　　virtual String^ ToString() override
　　{
　　　/*5*/ return String::Format(" Dep: {0,10:0.00} {1,10}",DepositAmount, DepositToAccount);
　　}
};
　　CLI只支持單一繼續，因此，值類和引用類只能有一個直接的基類，默認情況下為System::Object。在標號1中，Deposit直接繼續自Transaction，請注重沒有public訪問限定符，CLI只支持公有（public）繼續，所以在此也可寫為": public Transaction"，但這是多余的。（對本地類而言，當繼續的類型為結構strUCt時，默認為公有繼續；當繼續的類型為類class時，默認為私有繼續。）

　　別忘了，CLI庫支持一種非常適合金融計算的類型--System::Decimal，可在標號2中用它來表示存款額。

　　為了方便，提供了兩個構造函數：一個接受表示為Decimal的數額，而另一個接受表示為double的數額。請注重，在兩個構造函數的定義中，是怎樣使用CLI enum作用域符來訪問枚舉器TransactionType中Deposit的。

　　為完成抽象基類，需提供標號4中的PostTransaction的實現，DateTime是一個值類型，因此當它的一個實例被傳遞進來時，它被裝箱以匹配WriteLine所期望的Object^，而this表達式類型為Deposit^，其也繼續自Object^。在這兩種情況中，繼續層次會一直往下，直到抵達并調用對應的ToString函數。

　　也能把函數PostTransaction聲明為sealed，這樣它就不能被覆蓋了，然而，假如父類本身已經為sealed，那么函數永遠也不可能被覆蓋。

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　　標號5中的格式指定符{0,10:0.00}，表明在10個打印位寬度中右對齊數額，并四舍五入到小數點后兩位，且至少在小數點前有一位數。

　　Deposit類型直接依靠于Transaction與TransactionType類型，所以在Deposit的編譯期間，必須確?？稍L問到這兩者的程序集。但是，編譯器可能會發出一個警告，表示TransactionType已經被引入了兩次，一次是直接，而另一次是間接地通過Transaction，在此，可安全地忽略此警告信息。

　　Withdrawal類定義在例4中，而Transfer類定義在例5中。

　　例4：

using namespace System;

public ref class Withdrawal sealed : Transaction
{
　Decimal amount;
　int fromAccount;
　public:
　　Withdrawal(double amount, int fromAccount) : Transaction(TransactionType::Withdrawal)
　　{
　　　WithdrawalAmount = Decimal(amount);
　　　WithdrawalFromAccount = fromAccount;
　　}
　　Withdrawal(Decimal amount, int fromAccount) : Transaction(TransactionType::Withdrawal)
　　{
　　　WithdrawalAmount = amount;
　　　WithdrawalFromAccount = fromAccount;
　　}
　　property Decimal WithdrawalAmount
　　{
　　　Decimal get() { return amount; };
　　　private:
　　　　void set(Decimal value) { amount = value; };
　　}
　　property int WithdrawalFromAccount
　　{
　　　int get() { return fromAccount; };
　　　private:
　　　　void set(int value) { fromAccount = value; };
　　}
　　void PostTransaction()
　　{
　　　Console::WriteLine("{0} -- {1}", DateTimeOfTransaction, this);
　　}
　　virtual String^ ToString() override
　　{
　　　return String::Format("With: {0,10:0.00} {1,10}",
　　　WithdrawalAmount, WithdrawalFromAccount);
　　}
};
　　例5：

using namespace System;

public ref class Transfer sealed : Transaction
{
　Decimal amount;
　int fromAccount;
　int toAccount;
　public:
　　Transfer(double amount, int fromAccount, int toAccount): Transaction(TransactionType::Transfer)
　　{
　　　TransferAmount = Decimal(amount);
　　　TransferFromAccount = fromAccount;
　　　TransferToAccount = toAccount;
　　}
　　Transfer(Decimal amount, int fromAccount, int toAccount): Transaction(TransactionType::Transfer)
　　{
　　　TransferAmount = amount;
　　　TransferFromAccount = fromAccount;
　　　TransferToAccount = toAccount;
　　}
　　property Decimal TransferAmount
　　{
　　　Decimal get() { return amount; };
　　　private:
　　　　void set(Decimal value) { amount = value; };
　　}
　　property int TransferFromAccount
　　{
　　　int get() { return fromAccount; };
　　　private:
　　　　void set(int value) { fromAccount = value; };
　　}
　　property int TransferToAccount
　　{
　　　int get() { return toAccount; };
　　　private:
　　　　void set(int value) { toAccount = value; };
　　}
　　void Transfer::PostTransaction()
　　{
　　　Console::WriteLine("{0} -- {1}", DateTimeOfTransaction, this);
　　}
　　virtual String^ ToString() override
　　{
　　　return String::Format("Xfer: {0,10:0.00} {1,10} {2,10}",
　　　TransferAmount, TransferToAccount, TransferFromAccount);
　　}
};
　　雖然三個PostTransaction的實現是同樣的，但在真實的交易處理系統中，這是不可能發生的。

　　測試程序

　　例6是測試交易類型的程序，它會創建一個具體交易類型的數組、遍歷此數組、調用每個元素的PostTransaction函數。插1是某次執行后的輸出，默認使用的是美國式的日期時間格式，即為，月、日、年、12小時制。

　　例6：

using namespace System;

int main()
{
　array<Transaction^>^ list = gcnew array<Transaction^> {
　　gcnew Deposit(123.05, 12345),
　　gcnew Transfer(Decimal::Parse("1256.40"), 1111, 222),
　　gcnew Withdrawal(34.54, 232323),
　　gcnew Deposit(56.12, 14321)
　};
　for each (Transaction^ t in list)
　{
　　t->PostTransaction();
　}
}
　　插1：例6某次執行后的輸出

3/20/2005 12:36:16 AM -- Dep: 123.05 12345
3/20/2005 12:36:18 AM -- Xfer: 1256.40 222 1111
3/20/2005 12:36:19 AM -- With: 34.54 232323
3/20/2005 12:36:21 AM -- Dep: 56.12 14321

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枚舉與繼續

　　一個CLI enum類型通常實現為一個值類型，且隱式繼續自System::Enum。同樣地，此類型的靜態與實例成員，它們的基類System::ValueType與類型的基類System::Object，在CLI enum類型或此類型的任意實例中，都可以訪問到。插2是例7的輸出。

　　例7：

using namespace System;

public enum class Color {Black, White, Red};
public enum class TransactionType :
unsigned char {Deposit, Withdrawal, Transfer};
int main()
{
　Color c = Color::White;

　/*1*/ Console::WriteLine("Color::Red's name is >{0}<",
　Enum::GetName(c.GetType(), Color::Red));
　Console::Write("Color's members are:");

　/*2*/ array<String^>^ names = Enum::GetNames(Type::GetType("Color"));
　for each (String^ s in names)
　{
　　Console::Write(" {0}", s);
　}
　Console::WriteLine();

　/*3*/ Console::WriteLine("The type underlying Color is >{0}<",
　Enum::GetUnderlyingType(Color::typeid));

　/*4*/ Console::WriteLine("The type underlying TransactionType is >{0}<",
　Enum::GetUnderlyingType(TransactionType::typeid));
}
　　插2：例7的輸出

Color::Red's name is >Red<
Color's members are: Black White Red
The type underlying Color is >System.Int32<
The type underlying TransactionType is >System.Byte<
　　在標號1中，調用了Enum::GetName以找出特定enum類型枚舉器的名稱，第一個參數必須為System::Type類型，而獲取它的一個方法就是通過對感愛好的變量調用Object::GetType。

　　在標號2中，調用了Enum::GetNames以找出特定enum類型全部枚舉器的名稱，第一個參數必須為System::Type類型，而獲取它的一個方法就是通過對感愛好的變量（其以字符串形式表示的名稱）調用Type::GetType。

　　在標號3及標號4中，調用了Enum::GetUnderlyingType以找出這兩個CLI enum類型的底層類型，此處使用了一個更簡單的方法用于找出類型的Type對象--新形式的typeid操作符。

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數組與繼續

　　每個CLI數組類型隱式繼續自抽象引用類型System::Array，另外，數組的某些成員屬性也繼續自這個基類，所以當使用一個CLI數組時，便可訪問到數組及對象的每個公有成員，見例8，插3是對應的輸出。數組的成員函數在此是直接調用的。

　　例8：

using namespace System;

generic<typename T>
void Display1DArray(String^ text, array<T>^ ary)
{
　if (ary == nullptr)
　{
　　Console::WriteLine("nullptr passed");
　　return;
　}
　Console::Write("{0} {1}:", text, ary->Length);
　for each (T element in ary)
　{
　　Console::Write(" {0}", element);
　}
　Console::WriteLine();
}
int main()
{
　array<int>^ numbers = gcnew array<int>{10, 75, 23, 18, 53, 18};
　Display1DArray("numbers, original", numbers);

　/*1*/ Console::WriteLine("IndexOf(18) {0}", Array::IndexOf(numbers, 18));

　/*2*/ Console::WriteLine("LastIndexOf(18) {0}",
　Array::LastIndexOf(numbers, 18));
　/*3*/ Array::Sort(numbers);
　Display1DArray("numbers, sorted ", numbers);

　/*4*/ Console::WriteLine("BinarySearch(23) {0}",
　Array::BinarySearch(numbers, 23));
　/*5*/ Array::Reverse(numbers);
　Display1DArray("numbers, reversed", numbers);

　array<int>^ numbers2 = gcnew array<int>(4);

　/*6*/ Array::Copy(numbers, numbers2, numbers2->Length);
　Display1DArray("numbers2 ", numbers2);
　
　/*7*/ Array::Clear(numbers, 1, 4);
　Display1DArray("numbers, cleared ", numbers);
}
　　插3：例8的輸出

numbers, original 6: 10 75 23 18 53 18
IndexOf(18) 3
LastIndexOf(18) 5
numbers, sorted 6: 10 18 18 23 53 75
BinarySearch(23) 3
numbers, reversed 6: 75 53 23 18 18 10
numbers2 4: 75 53 23 18
numbers, cleared 6: 75 0 0 0 0 10

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覆蓋 VS 隱藏

　　在一個虛擬函數調用時，其實例的運行時類型決定了實際要調用的具體函數實現；在一個非虛擬函數調用時，實例的編譯時類型才是最終的決定因素。

　　我們可從標準C++中得知，一個虛擬函數的實現，可被繼續類中的相應實現所取代，而這個取代的過程被稱為"覆蓋"，其是通過使用override函數修飾符來完成的。鑒于一個虛擬函數的聲明引入了一個新的函數，那么，通過提供一個此函數新的實現，一個覆蓋函數聲明可對繼續來的虛擬函數進行專門的細化。需覆蓋的函數必須顯式聲明為virtual。

　　當一個類重新聲明了一個它繼續來的函數名稱時，由于出現了new函數修飾符，那么可以說這個類，隱藏了父類中的那個名稱。

　　請看例9中的代碼，留意變量的定義及在調用成員函數時的使用情況：

　　例9：

using namespace System;

public ref struct A
{
　/*1a*/ void F0() { Console::WriteLine("A::F0"); }
　/*1b*/ virtual void F1() { Console::WriteLine("A::F1"); }
　/*1c*/ virtual void F2() { Console::WriteLine("A::F2"); }
　//*1d*/ virtual void F3() { Console::WriteLine("A::F3"); }
};

public ref struct B : public A
{
　/*2a*/ void F0() new { Console::WriteLine("B::F0"); }
　/*2b*/ virtual void F1() override { Console::WriteLine("B::F1"); }
　/*2c*/ virtual void F2() new { Console::WriteLine("B::F2"); }
　private:
　　//*2d*/ void F3() new { Console::WriteLine("B::F3"); }
};

public ref struct C : public B
{
　/*3a*/ void F0() new { Console::WriteLine("C::F0"); }
　/*3b*/ virtual void F1x() override = B::F1 { Console::WriteLine("C::F1x"); }
　/*3c*/ virtual void F2x() = B::F2 { Console::WriteLine("C::F2x"); }
　//*3d*/ virtual void F3() { Console::WriteLine("C::F3"); }
};
　　假定有以下代碼：

A^ a = gcnew A();
a->F0(); //調用 A::F0
a->F1(); //調用A::F1
a->F2(); //調用A::F2

a->F0()：A::F0是一個非虛擬函數，因此使用的是a的編譯時類型（也就是A），導致A::F0被調用。
a->F1()：A::F1是一個虛擬函數，因此使用的是a的運行時類型（也就是A），導致A::F1被調用。
a->F2()：與A::F1類似，A::F2也是一個虛擬函數，因此使用的是a的運行時類型（也就是A），導致A::F2被調用。

B^ b = gcnew B();
b->F0(); //調用 B::F0
b->F1(); //調用B::F1
b->F2(); //調用B::F2

b->F0()：B::F0是一個非虛擬函數，因此使用的是b的編譯時類型（也就是B），導致B::F0被調用。
b->F1()：B::F1覆蓋了虛擬函數A::F1，因此使用的是b的運行時類型（也就是B），導致B::F1被調用。
b->F2()：B::F2（通過new）隱藏了虛擬函數A::F2，因此使用的b的是編譯時類型（也就是B），導致B::F2被調用。這個隱藏函數同樣也為virtual，答應繼續自B的類覆蓋這個帶有new的函數。

a = b;
a->F0(); //調用 A::F0
a->F1(); //調用B::F1
a->F2(); //調用A::F2

a->F0()：A::F0是一個非虛擬函數，因此使用的是a的編譯時類型（也就是A），導致A::F0被調用。
a->F1()：A::F1是一個虛擬函數，因此使用的是a的運行時類型（也就是B），導致B::F1被調用。
a->F2()：A::F2是一個虛擬函數，其被函數B::F2所隱藏，因此使用的是a的編譯時類型（也就是A），導致A::F2被調用。（請記住，要先有后續的覆蓋函數，才會有動態查詢過程，而在本例中，是不存在的。）

C^ c = gcnew C();
c->F0(); //調用C::F0
c->F1(); //調用C::F1x
c->F2(); //調用 C::F2x

c->F0()：C::F0是一個非虛擬函數，因此使用的是c的編譯時類型（也就是C），導致C::F0被調用。
c->F1()：C::F1x是一個虛擬函數，因此使用的是c的運行時類型（也就是C），但是，在C::F1x的情況中，使用了一個命名覆蓋，也就是說，被覆蓋的函數與覆蓋函數有著不同的名稱，這導致C::F1x被調用。
c->F2()：C::F2x覆蓋了虛擬函數B::F2，因此使用的是c的運行時類型（也就是C），導致C::F2x被調用。（正如大家所見，在這個命名覆蓋中，省略了顯式覆蓋修飾符。）

b = c;
b->F0(); //調用 B::F0
b->F1(); //調用C::F1x
b->F2(); //調用C::F2x

b->F0()：B::F0是一個非虛擬函數，因此使用的是b的編譯時類型（也就是B），導致B::F0被調用。
b->F1()：B::F1覆蓋了虛擬函數A::F1，因此使用的是b的運行時類型（也就是C），導致C::F1x被調用。
b->F2()：B::F2是一個虛擬函數，因此使用的是b的運行時類型（也就是C），導致C::F2x被調用。

a = c;
a->F0(); //調用A::F0
a->F1(); //調用C::F1x
a->F2(); //調用 A::F2

a->F0()：A::F0是一個非虛擬函數，因此使用的是a的編譯時類型（也就是A），導致A::F0被調用。
a->F1()：A::F1是一個虛擬函數，因此使用的是a的運行時類型（也就是C），導致C::F1x被調用。
a->F2()：A::F2是一個虛擬函數，其被函數B::F2所隱藏，因此使用的是a的編譯時類型（也就是A），導致A::F2被調用。
（請記住，要先有后續的覆蓋函數，才會有動態查詢過程，而在這些例子中，是不存在的。）
　　訪問限定符

　　標準C++支持三種成員訪問限定符：public、protected、private。為了適應程序集，C++/CLI添加了另外三種，完整地列在下表中：

　　·public意味著訪問不受限制。

　　·protected意味著訪問受限于包含的類，及任意繼續自包含類的類型。

　　·private意味著訪問受限于包含的類中。

　　·internal意味著訪問受限于父類程序集。

　　·public protected（或protected public）意味著訪問受限于父類程序集，及繼續自包含類的類型--即使這些類型位于程序集之外。

　　·private protected（或protected private）意味著訪問受限于父類程序集，及繼續自包含類的類型--倘若這些類型是定義在這個程序集內的。

　　通過對父類施予更嚴格的訪問限定符，成員也能具有更少的可訪問性，另外，千萬不要混淆成員名可訪問性和類型可見性（類型可見性只能為public或private）。

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