C 沉思錄 Chap8 乙個物件導向程式範例

物件導向程式設計的三要素：資料抽象、繼承以及動態繫結。

這裡討論乙個算術表示式樹問題，如(-5)*(3+4)對應的表示式樹為：

我們希望通過呼叫合適的函式來建立這樣的樹，然後列印該樹完整的括號化形式。例如：

expr t = expr("
*", expr("
-",5), expr("
+", 3, 4
));cout 
<< t << endl;

輸出結果為：((-5)*(3+4))

此外我們不想為這些表示式的表示形式操心，也不想關心它們記憶體分配和**的事宜。

從上面圖我們可以看出，圖中有兩種物件節點和箭頭。每個節點包含乙個值——乙個運算元或者乙個操作符——並且每個結點又具有零個、乙個或者兩個子節點。

這些節點既是相同的又是不同的，我們該如何抽象節點的資料結構呢？

這些節點首先有乙個共同的特點：每個類都要儲存乙個值以及一些子節點。同時也可以很容易看出這些節點的一些不同點，比如它們儲存的值的種類，子節點的數目。

在設計類的時候繼承使得我們可以不中這些類的共同點，而動態繫結又可以幫助各個節點確定身份（從而才去不同的操作）。

仔細分析我們可以把節點分為三種型別：一種表示整數表示式，包含乙個整數值，無子節點。另外兩種分別表示一元表示式和二元表示式（包含乙個操作符，分別有乙個或者兩個子節點）。因為這些節點的不同，我們在列印的時候也要採取不同的操作，這時候就可以使用動態繫結了：我們可以定義乙個virtual 函式來指明應當如何列印各種節點。

注意到這三種節點都成為節點，我們可以先定義乙個共同的基類：

class
expr_node
};

由於expr_node 類是乙個虛基類，不能例項化物件，只有從其中派生類來例項化物件。expr_node 類的存在只是為了獲得公共的介面。

接著我們先來定義輸出操作符，它要呼叫「對應」的print函式：

ostream & operator
<< ( ostream & o, const expr_node &e)

按照前面對三種節點的分析，可以很快定義出第一種節點：

class int_node : public
expr_node
void print(ostream & o) const 
};

對於一元表示式或者二元表示式，因為其中包含有子節點，這時候我們並不知道子節點的型別會是什麼，因此不能按值儲存子節點，必須儲存指標。

class unary_node : public
expr_node
void print(ostream & o) const }; 
class binary_node : public
expr_node
void print( ostream & o) const 
};

從現有的定義來看，如果我們要建立下面的表示式樹：

expr t = expr( "*", expr("-",5), expr("+",3,4) );

則需要像下面一樣來實現：（建立一元和二元表示式樹的建構函式期望獲得指標，而不是物件）

binary_node *t = new binary_node("
*", new unary_node("
-",new int_node(5), new binary_node("
+", new int_node(3), new int_node(4
) );

這個改進離我們理想的表達方式還有差距，並且我們不再擁有指向內層new的物件的指標，因此上述**的情形會造成記憶體洩露，如果我們通過定義好析構函式來解決這個問題，則又可能會多次刪除物件，因為理想情況下可能有多個expr_node指向同乙個下層表示式物件，這種形式把記憶體管理的事情都交給了使用者。

既然使用者關心的只是樹，而不是樹中的單個節點，就可以用expr來隱藏expr_node的繼承層次。這裡又回到了前面討論的控制代碼類的內容，使用者可見的只有expr。既然使用者要乘船的是expr 而不是expr_node, 我們就希望expr的建構函式能代表所有3種expr_node。每個expr建構函式豆漿建立expr_node的派生類的乙個合適物件，並且將這個物件的位址儲存在正在建立的expr物件中。expr 類的使用者不會直接看到expr_node 物件。

class
expr
};

expr :: expr(int
n)expr :: expr(
const
string&op, expr t)
expr :: expr(
const
string &op, expr left, expr right)

現在使用expr 為 expr_node 分配記憶體，我i類避免不必要的複製，我們依然維護乙個引用計數，但這裡引用計數包含在expr_node 裡面，expr 類和 expr_node 類系統管理引用計數，因此expr 需要作為expr_node的友元出現。

class
expr_node
virtual
void print( ostream &) const = 0
; 
virtual ~expr_node() 
};

當expr 類「複製」乙個expr_node 時，該expr 將其引用計數增1，當引用為0的時候刪除底層的expr_node:

expr 類需要增加複製建構函式，析構函式和賦值函式：

class
expr
~expr() 
expr & operator = (const expr &t);
};expr & expr :: operator = (const expr &rhs)

針對expr 我們還需要定義輸出操作符：

ostream & operator
<< (ostream & o, const expr &t)

最後需要更改每個派生自expr_node的類，令其操作為私有，將expr 類宣告為友元，儲存expr而不是expr_node的指標，例如：

class binary_node : public
expr_node
;

如果我們需要對表示式求值，在現在的構架下也很容易實現，可以在 expr 類中增加 eval 成員方法，eval 可以將實際的求值工作委託為做出expr 的結點來完成。

class
expr
//新新增的
};這樣 expr_node 類就需要新增另乙個純虛函式：
class
expr_node
;

針對expr_node 派生的每乙個類新增乙個函式來實現求值運算。（這裡就不單獨列出）

將全部**列出：

/*
既然使用者關心的只是樹，而不是樹中的單個節點，就可以用expr來隱藏expr_node的繼承層次。
這裡又回到了前面討論的控制代碼類的內容，使用者可見的只有expr了，記憶體管理的事情就完全由expr掌控！
改進後**如下：
*/#include 
#include 
using
namespace
std;
class
expr_node
virtual ~expr_node() {}}; 
class expr //
控制代碼類;
~expr()}; 
class int_node: public
expr_node
void print(ostream &o) const
int eval() const }; 
class unary_node: public
expr_node
void print(ostream &o) const
int eval() const}; 
class binary_node: public
expr_node
void print(ostream &o) const
int eval() const}; 
expr::expr(
int n) 
expr::expr(
const
string& op, expr t) 
expr::expr(
const
string &op, expr left, expr right) 
expr::expr(
const expr& t) 
expr& expr::operator=(const expr&rhs)
ostream& operator
<
void
main()
/*這個例子很好的展示了物件導向的三個要素，這樣設計出的類具有很好的擴充套件性，比如再增加有多個子節點的節點，
只要新增個新類，然後在expr中新增個新建構函式就行了。使用者完全不必知道底層的**是怎麼實現的。以後面對
問題的時候要好好的借鑑這種思想！
*/

執行結果：

c:\windows\system32\cmd.exe /c chap8_expr2.exe

((-5)*(3+4))

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