C++ 第10课：类的大小、继承与权限控制

课程目标:

• 理解 C++ 中类的大小计算方式
• 掌握类的继承机制，区分基类和派生类
• 理解不同继承方式对成员访问权限的影响
• 学会使用 protected 和 final 关键字控制成员访问和继承

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1. sizeof(自定义类)

类的大小指的是该类型对象所占用的内存空间大小。

class MyClass {
public:
    int publicVar;
    void publicFunc() {}

private:
    int privateVar;
    static int staticVar;
};

int main() {
    MyClass obj;
    cout << sizeof(obj) << endl; // 输出 8，因为只计算两个 int 成员变量的大小
    cout << sizeof(MyClass) << endl; // 输出 8，与 sizeof(obj) 相同
    return 0;
}

要点：

• 类的大小与其对象的大小一致。
• 类的大小是所有非静态成员变量大小之和，与成员函数和静态成员变量无关。
• 类成员的构造顺序：先执行构造函数初始化列表，同时执行父类构造函数，最后构造成员。
• 类内部编译顺序：先编译所有成员变量，然后编译成员函数。
• 类外部编译顺序：按照代码行顺序编译。
• 内存对齐：为了提高 CPU 访问效率，成员变量会按照 4 字节对齐，不足 4 的倍数时会进行填充。

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2. 类的继承

继承是面向对象编程中一个重要的概念，允许我们创建一个新类（派生类）基于现有类（基类），从而实现代码复用和扩展。

// 基类
class Animal {
public:
    string name;
    Animal(string n) : name(n) {}
    void eat() { cout << name << " is eating." << endl; }
};

// 派生类
class Bird : public Animal {
public:
    int wingspan;
    Bird(string n, int w) : Animal(n), wingspan(w) {}
    void fly() { cout << name << " is flying." << endl; }
};

int main() {
    Bird sparrow("Sparrow", 20);
    sparrow.eat();  // 调用基类的成员函数
    sparrow.fly();  // 调用派生类的成员函数
    return 0;
}

要点：

• 子类继承父类，拥有父类所有非私有成员。
• 可以多层次继承，形成继承链。
• 父类的私有成员在子类中无法访问，但受保护的成员可以访问。
• 继承方式：
  • 公有继承 (public)：父类成员的访问权限在子类中保持不变。
  • 私有继承 (private)：父类所有成员在子类中都变成私有权限。
• 函数重写：子类可以定义与父类同名函数，实现功能的覆盖。
• 子类成员可以覆盖父类的同名成员，无论是函数还是变量。

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3. protected 访问权限

protected 关键字用于定义受保护的成员，这些成员只能在类内部和派生类中访问，无法从外部访问。

class Animal {
protected:
    int age;
};

class Dog : public Animal {
public:
    void setAge(int a) { age = a; } // 可以访问 protected 成员
};

int main() {
    Dog myDog;
    // myDog.age = 5;  // 错误，无法直接访问 protected 成员
    myDog.setAge(5); 
    return 0;
}

要点：

• protected 权限用于保护成员，限制其访问范围。
• 私有继承和保护继承会缩小继承成员的访问权限。
• 公有继承保持继承成员的访问权限不变。
• 基类的 private 成员在派生类中无法访问。

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4. final 关键字

final 关键字可以用于阻止类被继承，或者阻止虚函数被重写。

class Shape {
public:
    virtual void draw() = 0;
};

class Circle : public Shape {
public:
    void draw() final { /* 实现 */ }  // final 阻止该函数被重写
};

//class SubCircle : public Circle { ... };  // 错误，Circle 类被 final 修饰，无法被继承

要点：

• 使用 final 修饰的类无法被继承。
• 使用 final 修饰的虚函数无法被重写。

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课后作业：设计一个简单的员工管理系统

目标：

• 运用所学的类、对象和继承的知识，设计一个简单的员工管理系统。
• 体现面向对象编程中代码复用和扩展的优势。

需求：

1. 员工类 (Employee)：
   • 基类，包含员工的共同属性（例如姓名、工号、部门等），以及计算薪水 (calculateSalary) 的函数（可设置为返回固定值或简单计算）。
2. 经理类 (Manager)：
   • 继承自 Employee 类，增加特有属性：管理津贴 (bonus)。
   • 重写 calculateSalary 函数，计算方式为：员工基础薪水 + 管理津贴。
3. 销售员类 (Salesperson)：
   • 继承自 Employee 类，增加特有属性：销售额 (salesVolume) 和提成比例 (commissionRate)。
   • 重写 calculateSalary 函数，计算方式为：员工基础薪水 + 销售额 * 提成比例。

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提示：

• 思考共同特征和区别，将其抽象成类和成员。
• 使用合适的访问权限控制成员的可见性和可访问性。
• 可以使用构造函数初始化列表为成员变量賦值。
• 编写测试代码验证类的功能和继承关系。