C++启蒙课程：第14章 C++中的代码重用

我们将学习 `is-a` 之外的代码重用策略！掌握 `has-a`（拥有）关系、私有继承和“万能蓝图” `template`！

🧩

拥有关系：包含 (has-a)

学习 "Car has-a Motor"（汽车拥有马达）关系，用“乐高积木”的方式组合类。

🌀

万能蓝图：类模板

掌握“可变类型”的 `template` 蓝图，制造能处理任何数据的“堆栈机”。

🦸

多血统英雄：多重继承

学习如何创建“超级英雄混血儿”，同时继承“飞行”和“力量”两种能力。

课时一：拥有关系：包含与继承的区别

（覆盖知识点 14.1）

"has-a" 关系 (包含)

包含（Composition）模拟 "has-a"（拥有）关系。Car 类对象内部“包含”一个 Engine 对象，就像安装一个马达组件。

Car 蓝图

Engine

class Engine { ... };

// 14.1 包含 (Composition)
class Car {
private:
    // Car "has-a" Engine
    Engine engine; 
};
                    

"has-a" 关系 (私有继承)

私有继承也模拟 "has-a"。Motor 的公有方法 `Start()` 在 Car 内部变为私有，戴上了“安全帽” 👷，外界无法直接访问。

Car : private Motor 👷

class Motor { public: void Start(); };

// 14.1 私有继承
class Car : private Motor {
public:
    void StartCar() {
        Start(); // OK! (内部访问)
    }
};
// car.Start(); // 错误！(外部无法访问)
                    

课时二：万能蓝图：类模板

（覆盖知识点 14.2）

"万能工厂蓝图" (类模板)

类模板 (template ) 是一张“万能蓝图”。编译器会根据你提供的类型 (int 或 string)，自动“实例化”一个专门的类。

💡 互动：堆栈机

Stack (待机)

📜 代码支撑：

// 14.2 万能蓝图
template 
class Stack {
private:
    T items[10]; // T 可以是 int, double, string...
    int top;
public:
    Stack();
    bool push(const T & item);
    bool pop(T & item);
};

// 14.2 实例化 (创建具体类)
Stack int_stack; 
Stack string_stack;
                            

课时三：多血统英雄与重用总结

（覆盖知识点 14.3）

“超级英雄混血儿” (多重继承)

C++允许一个类同时继承多个基类，就像一个“混血儿”英雄，同时拥有“飞行者”的飞行能力和“大力士”的力量。

Singer
+ Sing()

Dancer
+ Dance()

Performer

+ Sing() (来自 Singer)

+ Dance() (来自 Dancer)

+ Perform() (自己的)

class Singer { public: void Sing(); };
class Dancer { public: void Dance(); };

// 14.3 多重公有继承
class Performer : public Singer, public Dancer {
public:
    void Perform() {
        Sing(); // 继承自 Singer
        Dance(); // 继承自 Dancer
    }
};
                    

编程实践与作业

是时候检验你作为“代码重用大师”的实力了！

练习 1：has-a 关系 (包含)

任务：

设计一个 `Engine` 类 (有 `Start()` 方法) 和一个 `Car` 类。使用**包含（Composition）**模拟 "Car has-a Engine" 关系，并提供 `Car::StartCar()` 方法。

点击查看参考答案

#include <iostream>
using namespace std;

class Engine {
public:
    void Start() const {
        cout << "Engine: 马达启动！" << endl;
    }
};

class Car {
private:
    // 14.1 包含 (Composition)
    Engine engine; 
public:
    void StartCar() {
        cout << "Car: 准备启动..." << endl;
        engine.Start(); // 调用内部对象的方法
    }
};
                            

练习 2：万能蓝图 (Stack 模板)

任务：

编写一个简单的 `Stack` 类模板，使其能够处理 `int` 和 `double` 两种类型的数据。

点击查看参考答案

#include <iostream>
using namespace std;

// 14.2 类模板定义
template <typename T> 
class Stack {
private:
    enum { MAX = 5 };
    T items[MAX]; // 泛型 T
    int top;
public:
    Stack() : top(0) {}
    bool push(const T & item) {
        if (top < MAX) {
            items[top++] = item;
            return true;
        }
        return false;
    }
    // ... (pop, etc.)
};

int main() {
    // 14.2 实例化
    Stack<int> int_stack; 
    int_stack.push(10);
    
    Stack<double> double_stack;
    double_stack.push(3.14);
    
    return 0;
}
                            

练习 3：多血统英雄 (多重继承)

任务：

编写基类 `Singer` 和 `Dancer`。然后编写 `Performer` 类，使用多重公有继承同时继承这两个类。

点击查看参考答案

#include <iostream>
using namespace std;

class Singer {
public:
    void Sing() const { cout << "正在唱歌！" << endl; }
};
class Dancer {
public:
    void Dance() const { cout << "正在跳舞！" << endl; }
};

// 14.3 多重公有继承
class Performer : public Singer, public Dancer { 
public:
    void Perform() const {
        Sing();  // 继承自 Singer
        Dance(); // 继承自 Dancer
    }
};
                            

本章知识点总结与复习

核心概念	解释/功能	关键用法/示例
公有继承 (is-a)	模拟“是一种”关系 (Car is-a Vehicle)。	class Car : public Vehicle {}
包含 (has-a)	一个类包含另一个类的对象，模拟“拥有”关系。	class Car { Engine e; };
私有/保护继承 (has-a)	也模拟“拥有”关系，但用于重用实现细节。	class Car : private Motor {}
类模板	“万能蓝图”，使用泛型 (T) 定义类。	template <typename T> class Stack;
模板实例化	根据具体类型（如 int）从模板生成一个类。	Stack<int> my_stack;
多重公有继承	一个类可以从多个基类派生而来。	class C : public A, public B {}