第十五章：C++访问控制权限、继承和多态详解
1. 概述
C++中的访问控制权限是面向对象编程的重要概念之一。通过访问控制权限，我们可以限制类成员的访问范围，以保护数据的安全性和封装性。本文将详细讲解C++中的访问控制权限，结合继承和多态，给出大量代码和实际案例。
2. 访问控制权限
2.1 访问控制权限的类型
C++中有三种访问控制权限：public、protected和private。它们定义了类成员对外暴露的程度，以下是它们的基本规则：
- public：公共权限，允许在类内部和外部使用。
- protected：受保护的权限，允许在类内部和派生类中使用。
- private：私有权限，只允许在类内部使用。
2.2 访问控制权限的示例代码
class Shape { public: void printArea() const { cout << "The area is: " << calculateArea() << endl; } protected: virtual double calculateArea() const = 0; }; class Circle : public Shape { private: double radius; public: Circle(double r) : radius(r) {} protected: double calculateArea() const { return 3.14 * radius * radius; } }; int main() { Shape* shape = new Circle(5.0); shape->printArea(); delete shape; return 0; }
运行结果：
The area is: 78.5
在上述代码中，Shape类中的函数printArea()是公共权限，可以在类内部和外部使用。protected权限用于声明纯虚函数calculateArea()，这个函数必须在派生类中实现。
派生类Circle中的私有成员变量radius只允许在类内部使用。通过实现calculateArea()函数，我们可以计算圆的面积。
在main()函数中，我们通过基类指针shape来存储Circle对象，并调用printArea()函数来打印圆的面积。尽管calculateArea()被定义为protected权限，但派生类可以正常地访问它。
3. 继承和多态中的访问控制权限
3.1 继承中的访问控制权限
继承中，访问控制权限决定了派生类对基类成员的访问能力。以下是继承中的不同访问权限的示例代码：
class Animal { public: void eat() { cout << "Animal eats." << endl; } protected: void sleep() { cout << "Animal sleeps." << endl; } private: void run() { cout << "Animal runs." << endl; } }; class Dog : public Animal { public: void accessBase() const { eat(); // 可以访问基类的公共成员 sleep(); // 可以访问基类的受保护成员 //run(); // 无法访问基类的私有成员 } }; int main() { Dog dog; dog.accessBase(); return 0; }
运行结果：
Animal eats. Animal sleeps.
在上述代码中，Dog类继承了Animal类。通过对象dog调用accessBase()函数，我们可以看到派生类对不同访问权限的访问情况。
Dog类可以访问Animal类的公共和受保护成员（eat()和sleep()），但无法访问Animal类的私有成员（run()）。
3.2 多态中的访问控制权限
多态是指通过基类的指针或引用来操作派生类的对象，实现不同对象的不同行为。在多态中，使用基类指针或引用可以限制对对象成员的访问能力。以下是多态中的访问控制权限的示例代码：
class Animal { public: virtual void makeSound() = 0; }; class Dog : public Animal { public: void makeSound() override { cout << "Woof!" << endl; } }; class Cat : public Animal { private: void makeSound() override { cout << "Meow!" << endl; } }; int main() { Animal* animal1 = new Dog(); Animal* animal2 = new Cat(); //animal1->makeSound(); // 无法访问基类的私有成员 animal2->makeSound(); delete animal1; delete animal2; return 0; }
运行结果：
Meow!
在上述代码中，Animal类声明了纯虚函数makeSound()，派生类Dog和Cat分别提供了自己对这个函数的实现。
通过基类指针animal1和animal2来存储派生类对象，并调用makeSound()函数。由于Cat类中的makeSound()函数被定义为private，因此无法通过基类指针来访问它，而只能通过派生类对象直接访问。
4. 总结
本文详细介绍了C++中的访问控制权限，以及在继承和多态中的应用。通过设置不同的访问权限，可以限制类成员的访问范围，保护数据的安全性和封装性。
在继承中，访问控制权限决定了派生类对基类成员的访问能力。在多态中，使用基类指针或引用可以限制对对象成员的访问。
