实例解析C++/CLI中的继承与枚举

王朝学院·作者佚名  2011-12-09
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本文中,将要介绍与继续相关的C++/CLI主题,并以现实生活中银行交易的三种形式:存款、取款、转账,来说明类的继续体系,且以一种新的枚举形式来实现。

枚举器

请看例1中声明的类型,它存在于其自身的源文件中,并编译为一个只包含此类型的程序集:

例1:

public enum class TransactionType :

unsigned char {Deposit, Withdrawal, Transfer};

与想像的一样,枚举器中的Deposit、Withdrawal、Transfer分别代表0、1、2的常量值,但有三个方面却让这个enum类型与标准C++的enum类型(也就是"本地enum")大不相同。

·enum类只用于取代enum。这使TransactionType成为了一个CLI enum。(也答应enum结构,其与enum类等价。)

·此类型的可访问性为public,以使其可从父类程序集外可见。(在C++/CLI中,一个本地enum类型也能有一个访问限定符。)

·enum类有一个显式的基本类型限定符:在本例中为unsigned char。(在C++/CLI中,一个本地enum也能有一个基本类型。)默认情况下,基本类型为int。基本类型也能为bool或除wchar_t之外的任意整形。(假如指定bool为基本类型,枚举器必须显式地进行初始化,因为没有默认的初始值。)

支持这个新语法的原因是CLI enum遵从CLS标准,而本地enum却不遵从。

CLI enum与本地enum间最大的区别在于构成方式上,枚举名的作用范围由它的父类enum类型来限定。另外,标准C++中定义的整数提升,并不适用于CLI enum。

与本地enum类似,一个CLI enum也能被定义在一个类中,在这种情况下,就不答应使用访问限定符了,因为嵌套类型的可见性,已被其嵌入到的类型可见性所取代。

交易的抽象基类

交易类型的继续体系在基类Transaction中,默认从System::Object继续,见例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;

}

};

在标号1中,这个类被标为abstract(抽象类),这意味着它不能被直接实例化。(抽象不是一个要害字,仅仅在此上下文中作了保留。)这个abstract修饰词可用于定义一个抽象类,而无须显式地声明一个或多个成员函数为纯虚类型。

在类的私有数据成员部分,一个Transaction包含了一个交易类型及一个时间日期戳,两者都由定义在标号3a及3b中的属性来访问。在标号2中使用的CLI库值类型System::DateTime答应用一个即时变量显示出当天的日期与时间。请注重,两个属性是怎样拥有公有get方法与私有set方法的。(这是基于新的CLI标准,并且现在已与CLS兼容了。)

标号4要求每个具体的交易类型都有公共的成员函数PostTransaction,在此的abstract函数修饰符等同于标准C++语法中的纯虚函数,一个抽象(abstract)函数必须显式地声明为virtual。

由于构造函数只应从继续类中调用,所以定义在标号5中的构造函数为protected,但它需做的事情却非常简单:设置新的交易类型为传递进来的类型,并通过调用公有属性DateTime::Now的get方法把时间日期戳设置为当前时间。有关传递进来的交易类型,应为一个值类型,而不答应为nullptr,由于CLI enum的强类型检查,编译器只答应同类型的枚举器被传递,或者同类型的实例,当然了,其也只能被同类型的枚举器所初始化。

通常地,构造函数必须尽快执行完,在此,为从测试程序中得出更多的结果,所以在程序中安置了一个延迟方法,因此时间日期戳在每次交易时都会改变,见标号6,构造函数会在初始化数据成员之前,随机休眠一段时间。由于每个程序至少都会有一个执行线程,而此线程的有关特征可通过sealed System::Threading::Thread引用类来设置或获取,Thread::Sleep函数则把当前执行线程挂起指定的毫秒数。

为使挂起的时间有所变化,使用了System::Random引用类来生成一系列的伪随机数,标号6中重载的Next函数则获取了一个"大于等于1000,小于2001"的数,也就是一至两秒钟的延迟。

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存款、取款、转账类

例3定义了存款类,为什么这个类为sealed呢?假如还没有认真考虑过它是否足够"健壮"以可作一个基类,那么还是让它不可以继续吧。 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只支持单一继续,因此,值类和引用类只能有一个直接的基类,默认情况下为System::Object。在标号1中,Deposit直接继续自Transaction,请注重没有public访问限定符,CLI只支持公有(public)继续,所以在此也可写为": public Transaction",但这是多余的。(对本地类而言,当继续的类型为结构strUCt时,默认为公有继续;当继续的类型为类class时,默认为私有继续。)

别忘了,CLI库支持一种非常适合金融计算的类型--System::Decimal,可在标号2中用它来表示存款额。

为了方便,提供了两个构造函数:一个接受表示为Decimal的数额,而另一个接受表示为double的数额。请注重,在两个构造函数的定义中,是怎样使用CLI enum作用域符来访问枚举器TransactionType中Deposit的。

为完成抽象基类,需提供标号4中的PostTransaction的实现,DateTime是一个值类型,因此当它的一个实例被传递进来时,它被装箱以匹配WriteLine所期望的Object^,而this表达式类型为Deposit^,其也继续自Object^。在这两种情况中,继续层次会一直往下,直到抵达并调用对应的ToString函数。

也能把函数PostTransaction声明为sealed,这样它就不能被覆盖了,然而,假如父类本身已经为sealed,那么函数永远也不可能被覆盖。

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标号5中的格式指定符{0,10:0.00},表明在10个打印位宽度中右对齐数额,并四舍五入到小数点后两位,且至少在小数点前有一位数。

Deposit类型直接依靠于Transaction与TransactionType类型,所以在Deposit的编译期间,必须确保可访问到这两者的程序集。但是,编译器可能会发出一个警告,表示TransactionType已经被引入了两次,一次是直接,而另一次是间接地通过Transaction,在此,可安全地忽略此警告信息。

Withdrawal类定义在例4中,而Transfer类定义在例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);

}

};

虽然三个PostTransaction的实现是同样的,但在真实的交易处理系统中,这是不可能发生的。

测试程序

例6是测试交易类型的程序,它会创建一个具体交易类型的数组、遍历此数组、调用每个元素的PostTransaction函数。插1是某次执行后的输出,默认使用的是美国式的日期时间格式,即为,月、日、年、12小时制。

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某次执行后的输出

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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枚举与继续

一个CLI enum类型通常实现为一个值类型,且隐式继续自System::Enum。同样地,此类型的静态与实例成员,它们的基类System::ValueType与类型的基类System::Object,在CLI enum类型或此类型的任意实例中,都可以访问到。插2是例7的输出。

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的输出

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<

在标号1中,调用了Enum::GetName以找出特定enum类型枚举器的名称,第一个参数必须为System::Type类型,而获取它的一个方法就是通过对感爱好的变量调用Object::GetType。

在标号2中,调用了Enum::GetNames以找出特定enum类型全部枚举器的名称,第一个参数必须为System::Type类型,而获取它的一个方法就是通过对感爱好的变量(其以字符串形式表示的名称)调用Type::GetType。

在标号3及标号4中,调用了Enum::GetUnderlyingType以找出这两个CLI enum类型的底层类型,此处使用了一个更简单的方法用于找出类型的Type对象--新形式的typeid操作符。

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数组与继续

每个CLI数组类型隐式继续自抽象引用类型System::Array,另外,数组的某些成员属性也继续自这个基类,所以当使用一个CLI数组时,便可访问到数组及对象的每个公有成员,见例8,插3是对应的输出。数组的成员函数在此是直接调用的。

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的输出

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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覆盖 VS 隐藏

在一个虚拟函数调用时,其实例的运行时类型决定了实际要调用的具体函数实现;在一个非虚拟函数调用时,实例的编译时类型才是最终的决定因素。

我们可从标准C++中得知,一个虚拟函数的实现,可被继续类中的相应实现所取代,而这个取代的过程被称为"覆盖",其是通过使用override函数修饰符来完成的。鉴于一个虚拟函数的声明引入了一个新的函数,那么,通过提供一个此函数新的实现,一个覆盖函数声明可对继续来的虚拟函数进行专门的细化。需覆盖的函数必须显式声明为virtual。

当一个类重新声明了一个它继续来的函数名称时,由于出现了new函数修饰符,那么可以说这个类,隐藏了父类中的那个名称。

请看例9中的代码,留意变量的定义及在调用成员函数时的使用情况:

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"); }

};

假定有以下代码:

A^ a = gcnew A();

a->F0(); //调用 A::F0

a->F1(); //调用A::F1

a->F2(); //调用A::F2

a->F0():A::F0是一个非虚拟函数,因此使用的是a的编译时类型(也就是A),导致A::F0被调用。

a->F1():A::F1是一个虚拟函数,因此使用的是a的运行时类型(也就是A),导致A::F1被调用。

a->F2():与A::F1类似,A::F2也是一个虚拟函数,因此使用的是a的运行时类型(也就是A),导致A::F2被调用。

B^ b = gcnew B();

b->F0(); //调用 B::F0

b->F1(); //调用B::F1

b->F2(); //调用B::F2

b->F0():B::F0是一个非虚拟函数,因此使用的是b的编译时类型(也就是B),导致B::F0被调用。

b->F1():B::F1覆盖了虚拟函数A::F1,因此使用的是b的运行时类型(也就是B),导致B::F1被调用。

b->F2():B::F2(通过new)隐藏了虚拟函数A::F2,因此使用的b的是编译时类型(也就是B),导致B::F2被调用。这个隐藏函数同样也为virtual,答应继续自B的类覆盖这个带有new的函数。

a = b;

a->F0(); //调用 A::F0

a->F1(); //调用B::F1

a->F2(); //调用A::F2

a->F0():A::F0是一个非虚拟函数,因此使用的是a的编译时类型(也就是A),导致A::F0被调用。

a->F1():A::F1是一个虚拟函数,因此使用的是a的运行时类型(也就是B),导致B::F1被调用。

a->F2():A::F2是一个虚拟函数,其被函数B::F2所隐藏,因此使用的是a的编译时类型(也就是A),导致A::F2被调用。(请记住,要先有后续的覆盖函数,才会有动态查询过程,而在本例中,是不存在的。)

C^ c = gcnew C();

c->F0(); //调用C::F0

c->F1(); //调用C::F1x

c->F2(); //调用 C::F2x

c->F0():C::F0是一个非虚拟函数,因此使用的是c的编译时类型(也就是C),导致C::F0被调用。

c->F1():C::F1x是一个虚拟函数,因此使用的是c的运行时类型(也就是C),但是,在C::F1x的情况中,使用了一个命名覆盖,也就是说,被覆盖的函数与覆盖函数有着不同的名称,这导致C::F1x被调用。

c->F2():C::F2x覆盖了虚拟函数B::F2,因此使用的是c的运行时类型(也就是C),导致C::F2x被调用。(正如大家所见,在这个命名覆盖中,省略了显式覆盖修饰符。)

b = c;

b->F0(); //调用 B::F0

b->F1(); //调用C::F1x

b->F2(); //调用C::F2x

b->F0():B::F0是一个非虚拟函数,因此使用的是b的编译时类型(也就是B),导致B::F0被调用。

b->F1():B::F1覆盖了虚拟函数A::F1,因此使用的是b的运行时类型(也就是C),导致C::F1x被调用。

b->F2():B::F2是一个虚拟函数,因此使用的是b的运行时类型(也就是C),导致C::F2x被调用。

a = c;

a->F0(); //调用A::F0

a->F1(); //调用C::F1x

a->F2(); //调用 A::F2

a->F0():A::F0是一个非虚拟函数,因此使用的是a的编译时类型(也就是A),导致A::F0被调用。

a->F1():A::F1是一个虚拟函数,因此使用的是a的运行时类型(也就是C),导致C::F1x被调用。

a->F2():A::F2是一个虚拟函数,其被函数B::F2所隐藏,因此使用的是a的编译时类型(也就是A),导致A::F2被调用。

(请记住,要先有后续的覆盖函数,才会有动态查询过程,而在这些例子中,是不存在的。)

访问限定符

标准C++支持三种成员访问限定符:public、protected、private。为了适应程序集,C++/CLI添加了另外三种,完整地列在下表中:

·public意味着访问不受限制。

·protected意味着访问受限于包含的类,及任意继续自包含类的类型。

·private意味着访问受限于包含的类中。

·internal意味着访问受限于父类程序集。

·public protected(或protected public)意味着访问受限于父类程序集,及继续自包含类的类型--即使这些类型位于程序集之外。

·private protected(或protected private)意味着访问受限于父类程序集,及继续自包含类的类型--倘若这些类型是定义在这个程序集内的。

通过对父类施予更严格的访问限定符,成员也能具有更少的可访问性,另外,千万不要混淆成员名可访问性和类型可见性(类型可见性只能为public或private)。

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