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练习15.1

什么是虚成员?

虚函数是基类希望其派生类进行覆盖的函数。

练习15.2

protected 访问说明符与 private 有何区别?

派生类的成员函数可以访问protected访问运算符的成员,而不能访问private的。

练习15.3

定义你自己的 Quote 类和 print_total 函数。

Quote_ex03.h

ex03.cpp

练习15.4

下面哪条声明语句是不正确的?请解释原因。

class Base { ... };
(a) class Derived : public Derived { ... };
(b) class Derived : private Base { ... };
(c) class Derived : public Base;

(a)不正确,是定义,不是声明,而且不能继承它自己;
(b)不正确,是定义,不是声明;
(c)不正确,声明中包含类名,但是不包含它的派生列表。

定义你自己的 Bulk_quote 类。

将 Quote 和 Bulk_quote 的对象传给15.2.1节练习中的 print_total 函数,检查该函数是否正确。

练习15.07

定义一个类使其实现一种数量受限的折扣策略,具体策略是:当购买书籍的数量不超过一个给定的限量时享受折扣,如果购买量一旦超过了限量,则超出的部分将以原价销售。

Limit_quote_ex07.h

ex07.cpp

练习15.08

给出静态类型和动态类型的定义。

表达式的静态类型在编译时总是已知的,它是变量声明时的类型或表达式生成的类型;
动态类型则是变量或表达式表示的内存中的对象类型。动态类型直到运行时才可知。

练习15.09

在什么情况下表达式的静态类型可能与动态类型不同?请给出三个静态类型与动态类型不同的例子。

摘自github。

    Bulk_quote bulk_quote("bulk_quote_1", 10.10, 10, 0.5);

    // The pointer is of static type Quote, but it's dynamic type is Bulk Quote
    // Because of polymorphism the Bulk Quote implementation of the net_price()
    // method gets called.
    Quote *quote_pointer = &bulk_quote;
    quote_pointer->net_price(5);

    // The reference is of static type Quote, but it's dynamic type is Bulk Quote
    // Like with the pointer, the Bulk Quote implementation of the net_price()
    // method gets called.
    Quote &quote_reference = bulk_quote;
    quote_reference.net_price(5);

    // The static type of this variable is Quote. Here the Bulk Quote object
    // gets upcasted. The Quote part of bulk_quote gets copied into quote, but
    // the rest is not handled. Because of the cast the Quote implementation of
    // the net_price() method gets called.
    Quote quote = bulk_quote;
    quote.net_price(5);

练习15.10

回忆我们在8.1节进行的讨论,解释第284页中将 ifstream 传递给 Sales_data 的read 函数的程序是如何工作的。

read中std::istream,std::ifstream是继承自std::istream,因此,std::istream的实例传入后会转换为std::istream。

练习15.11

为你的 Quote 类体系添加一个名为 debug 的虚函数,令其分别显示每个类的数据成员。

Quote_ex11.h

Bulk_quote_ex11.h

ex11.cpp

练习15.12

有必要将一个成员函数同时声明成 override 和 final 吗?为什么?

有必要,如果该成员函数不希望被后续的派生类继承,则可声明成final,与当前的override没有关系。

练习15.13

给定下面的类,解释每个 print 函数的机理:

class base {
public:
	string name() { return basename;}
	virtual void print(ostream &os) { os << basename; }
private:
	string basename;
};
class derived : public base {
public:
	void print(ostream &os) { print(os); os << " " << i; }
private:
	int i;
};

在上述代码中存在问题吗?如果有,你该如何修改它?

派生类中的print函数会递归调用当前print,知道内存耗尽。

void print(ostream &os) { base::print(os); os << " " << i; }

练习15.14

给定上一题中的类以及下面这些对象,说明在运行时调用哪个函数:

base bobj; 		base *bp1 = &bobj; 	base &br1 = bobj;
derived dobj; 	base *bp2 = &dobj; 	base &br2 = dobj;
(a) bobj.print();	(b)dobj.print();	(c)bp1->name();
(d)bp2->name();		(e)br1.print();		(f)br2.print();

(a)调用base中的print,编译时确定;
(b)调用derived中的print,编译时确定;
(c)调用base中的name函数,不是虚函数,没有动态绑定,所以编译时确定;
(d)调用base中的name函数,不是虚函数,没有动态绑定,所以编译时确定;
(e)调用base中的print,运行时确定;
(f)调用derived中的print,运行时确定。

练习15.15

定义你自己的 Disc_quote 和 Bulk_quote。

Disc_quote_ex15.h

Bulk_quote_ex15.h

ex15.cpp

练习15.16

改写你在15.2.2节练习中编写的数量受限的折扣策略,令其继承 Disc_quote。

Limit_quote_ex16.h

ex16.cpp

练习15.17

尝试定义一个 Disc_quote 的对象,看看编译器给出的错误信息是什么?

ex17.cpp

$ g++ -o ex17 ex17.cpp -std=c++11
ex17.cpp: In function ‘int main()’:
ex17.cpp:17:13: error: cannot declare variable ‘dq’ to be of abstract type ‘Disc_quote’
  Disc_quote dq("A1-001", 80, 5, 0.2);
             ^
In file included from Limit_quote_ex16.h:4:0,
                 from ex17.cpp:2:
Disc_quote_ex15.h:7:7: note:   because the following virtual functions are pure within ‘Disc_quote’:
 class Disc_quote : public Quote
       ^
Disc_quote_ex15.h:13:9: note: 	virtual double Disc_quote::net_price(std::size_t) const
  double net_price(std::size_t) const = 0;
         ^

练习15.18

假设给定了第543页和第544页的类,同时已知每个对象的类型如注释所示,判断下面的哪些赋值语句是合法的。解释那些不合法的语句为什么不被允许:

Base *p = &d1;  //d1 的类型是 Pub_Derv
p = &d2;		//d2 的类型是 Priv_Derv
p = &d3;		//d3 的类型是 Prot_Derv
p = &dd1;		//dd1 的类型是 Derived_from_Public	
p = &dd2;		//dd2 的类型是 Derived_from_Private
p = &dd3;		//dd3 的类型是 Derived_from_Protected

(a)合法;
(b)非法;
(c)非法;
(d)合法;
(d)非法;
(f)非法。
只有当D公有地继承B时,用户代码才能使用派生类向基类的转换。

练习15.19

假设543页和544页的每个类都有如下形式的成员函数:

void memfcn(Base &b) { b = *this; }

对于每个类,分别判断上面的函数是否合法。

Base类:合法;
Pub_Derv类:合法;
Priv_Derv类:合法;
Prot_Derv类:合法;
Derived_from_Public类:合法;
Derived_from_Private类:非法;
Derived_from_Protected类:合法。

编写代码检验你对前面两题的回答是否正确。

从下面这些一般性抽象概念中任选一个(或者选一个你自己的),将其对应的一组类型组织成一个继承体系:

(a) 图形文件格式(如gif、tiff、jpeg、bmp)
(b) 图形基元(如方格、圆、球、圆锥)
(c) C++语言中的类型(如类、函数、成员函数)

代码取自github。

练习15.22

对于你在上一题中选择的类,为其添加函数的虚函数及公有成员和受保护的成员。

参见15.21。

练习15.23

假设第550页的 D1 类需要覆盖它继承而来的 fcn 函数,你应该如何对其进行修改?如果你修改之后 fcn 匹配了 Base 中的定义,则该节的那些调用语句将如何解析?

添加 int fcn() override;
bp1->fcn(); //虚调用,将在运行时调用Base::fcn bp2->fcn(); //虚调用,将在运行时调用D1::fcn bp3->fcn(); //虚调用,将在运行时调用D2::fcn

练习15.24

哪种类需要虚析构函数?虚析构函数必须执行什么样的操作?

基类需要虚析构函数。如果一个类定义了析构函数,即使它通过=default的形式使用了合成的版本,编译器也不会为这个类合成移动操作。

练习15.25

我们为什么为 Disc_quote 定义一个默认构造函数?如果去掉该构造函数的话会对 Bulk_quote 的行为产生什么影响?

已经定义了一个构造函数,默认构造函数是被删除的,需要显式地定义。
如果去掉了Disc_quote的默认构造函数,Bulk_quote的默认构造函数是被删除的。

定义 Quote 和 Bulk_quote 的拷贝控制成员,令其与合成的版本行为一致。为这些成员以及其他构造函数添加打印状态的语句,使得我们能够知道正在运行哪个程序。使用这些类编写程序,预测程序将创建和销毁哪些对象。重复实验,不断比较你的预测和实际输出结果是否相同,直到预测完全准确再结束。

重新定义你的 Bulk_quote 类,令其继承构造函数。

定义一个存放 Quote 对象的 vector,将 Bulk_quote 对象传入其中。计算 vector 中所有元素总的 net_price。

再运行一次你的程序,这次传入 Quote 对象的 shared_ptr 。如果这次计算出的总额与之前的不一致,解释为什么;如果一直,也请说明原因。

当派生类对象被赋值给基类对象时,其中的派生类部分将被“切掉”,因此容器和存在继承关系的类型无法兼容。
而使用指针时,调用的是net_price版本依赖于指针所指对象的动态类型。

编写你自己的 Basket 类,用它计算上一个练习中交易记录的总价格。

将print_total函数放入Quote.h。

练习15.31

已知 s1、s2、s3 和 s4 都是 string,判断下面的表达式分别创建了什么样的对象:

(a) Query(s1) | Query(s2) & ~Query(s3);
(b) Query(s1) | (Query(s2) & ~Query(s3));
(c) (Query(s1) & (Query(s2)) | (Query(s3) & Query(s4)));

(a)WordQuery orQuery AndQuery NotQuery;
(b)WordQuery orQuery AndQuery NotQuery;
(c)WordQuery orQuery AndQuery。

练习15.32

当一个 Query 类型的对象被拷贝、移动、赋值或销毁时,将分别发生什么?

拷贝:将会调用合成的拷贝构造函数。它将数据成员复制到新对象中。数据成员是一个共享指针,复制时,对应的共享指针指向相同的地址,两个共享指针的使用计数变为2。
移动:将会调用合成的移动构造函数。它将数据成员移动到新对象中。移动时,新建对象的共享指针将指向原始共享指针指向的地址。移动操作后,新对象中共享指针的使用计数为1,而来自原始对象的指针变为nullptr。
拷贝赋值:将调用合成的拷贝赋值函数。此操作与复制操作相同。
拷贝移动:将调用合成的移动赋值函数。此操作与移动操作相同。
销毁:将调用合成的析构函数。它将调用share_ptr的析构函数,减少计数次数。如果计数变为0,shared_ptr的析构函数将删除它所指向的资源。

练习15.33

当一个 Query_base 类型的对象被拷贝、移动赋值或销毁时,将分别发生什么?

由合成的版本管理。Query_base是一个抽象类,所以这种类型的对象本质上是派生类的子对象。

练习15.34

针对图15.3构建的表达式:

(a) 例举出在处理表达式的过程中执行的所有构造函数。
(b) 例举出 cout << q 所调用的 rep。
(c) 例举出 q.eval() 所调用的 eval。

(a)Query(const std::string &s),s为fiery、bird、wind;
WordQuery(const std::string &s),s为fiery、bird、wind;
AndQuery(const Query &left, const Query &right);
BinaryQuery(const Query &l, const Query &r, std::string s);
Query(std::shared_ptr<Query_base> query);
OrQuery(const Query &left, const Query &right);
BinaryQuery(const Query &l, const Query &r, std::string s);
Query(std::shared_ptr<Query_base> query);
(b)query.rep();
q->rep(),指向OrQuery::rep();
Query::rep(),lhs为AndQuery::rep(),rhs为WordQuery::rep();
AndQuery::rep();
Query::rep();
(c)q->eval(),指向OrQuery::eval()。

实现 Query 类和 Query_base 类,其中需要定义rep 而无须定义 eval。

练习15.36

在构造函数和 rep 成员中添加打印语句,运行你的代码以检验你对本节第一个练习中(a)、(b)两小题的回答是否正确。

(a)

WordQuery(const std::string &s)
Query::Query(const std::string &s)
WordQuery(const std::string &s)
Query::Query(const std::string &s)
WordQuery(const std::string &s)
Query::Query(const std::string &s)
BinaryQuery(const Query &l, const Query &r, std::string s)
AndQuery(const Query &left, const Query &right)
Query(std::shared_ptr<Query_base> query)
BinaryQuery(const Query &l, const Query &r, std::string s)
OrQuery(const Query &left, const Query &right)
Query(std::shared_ptr<Query_base> query)

(b)

Query::rep()
BinaryQuery::rep()|
Query::rep()
WordQuery::rep()
Query::rep()
BinaryQuery::rep()&
Query::rep()
WordQuery::rep()
Query::rep()
WordQuery::rep()

练习15.37

如果在派生类中含有 shared_ptr<Query_base> 类型的成员而非 Query 类型的成员,则你的类需要做出怎样的改变?

接口函数需要改变,需要将Query改为shared_ptr<Query_base>。

练习15.38

下面的声明合法吗?如果不合法,请解释原因;如果合法,请指出该声明的含义。

BinaryQuery a = Query("fiery") & Query("bird");
AndQuery b = Query("fiery") & Query("bird");
OrQuery c = Query("fiery") & Query("bird");

(a)非法,BinaryQuery为抽象类;
(b)非法,返回的为Query类型,不能转换为AndQuery;
(c)非法,返回的为Query类型,不能转换为AndQuery。

实现 Query 类和 Query_base 类,求图15.3中表达式的值并打印相关信息,验证你的程序是否正确。

返回的是shared_ptr,需要增加构造函数或者修改get_file()。
Query类和Query_base类都没有变化,运行结果如下:

((fiery & bird) | wind) occurs 3 
	(line 2) Her Daddy says when the wind blows 
	(line 4) like a fiery bird in flight. 
	(line 5) A beautiful fiery bird, he tells her, 

练习15.40

在 OrQuery 的 eval 函数中,如果 rhs 成员返回的是空集将发生什么?

不会发生什么。

练习15.41

重新实现你的类,这次使用指向 Query_base 的内置指针而非 shared_ptr。请注意,做出上述改动后你的类将不能再使用合成的拷贝控制成员。

请自行实现。

练习15.42

从下面的几种改进中选择一种,设计并实现它:

(a) 按句子查询并打印单词,而不再是按行打印。
(b) 引入一个历史系统,用户可以按编号查阅之前的某个查询,并可以在其中添加内容或者将其余其他查询组合。
(c) 允许用户对结果做出限制,比如从给定范围的行中跳出匹配的进行显示。

请自行实现。