测验与小总结

小结

继承让我们能够在两个对象之间建立“is-a”（是一个）的关系。被继承的对象称为父类（parent class）、基类（base class）或超类（superclass）；执行继承的对象称为子类（child class）、派生类（derived class）或子类（subclass）。

当派生类继承自基类时，派生类会获得基类的全部成员。

派生类对象的构造顺序如下（更详细地说）：

1. 为派生类分配内存（需容纳基类部分与派生类部分）。
2. 调用合适的派生类构造函数。
3. 首先使用合适的基类构造函数构造基类对象。若未显式指定基类构造函数，则使用默认构造函数。
4. 派生类构造函数的初始化列表初始化派生类自己的成员。
5. 执行派生类构造函数体。
6. 将控制权返回给调用者。

析构顺序与之相反：从最派生到最基类依次析构。

C++ 有三种访问说明符：public、private、protected。protected 允许所属类本身、友元以及派生类访问该成员，但禁止其他外部访问。

类可以以 public、private 或 protected 方式继承另一个类；几乎总是采用 public 继承。

下表列出了基类成员的访问说明符与各种继承方式组合后的结果：

派生类可以：

• 增加新函数；
• 改变基类已有函数的行为；
• 改变继承成员的访问级别；
• 隐藏功能。

多重继承允许一个派生类从多个父类继承成员。除非替代方案会导致更复杂的代码，否则应避免多重继承。

测验时间

问题 #1

对下列程序，请判断其输出，或指出无法编译的原因。本题旨在通过阅读代码完成，请勿实际编译（否则答案过于简单）。

a)

#include <iostream>

class Base {
public:
    Base() { std::cout << "Base()\n"; }
    ~Base() { std::cout << "~Base()\n"; }
};

class Derived : public Base {
public:
    Derived() { std::cout << "Derived()\n"; }
    ~Derived() { std::cout << "~Derived()\n"; }
};

int main() {
    Derived d;
    return 0;
}

b)

// 代码与a相同
int main() {
    Derived d;
    Base b;
    return 0;
}

提示：局部变量的销毁顺序与定义顺序相反。

c)

#include <iostream>

class Base {
private:
    int m_x {};
public:
    Base(int x) : m_x{ x } { std::cout << "Base()\n"; }
    ~Base() { std::cout << "~Base()\n"; }
    void print() const { std::cout << "Base: " << m_x << '\n'; }
};

class Derived : public Base {
public:
    Derived(int y) : Base{ y } { std::cout << "Derived()\n"; }
    ~Derived() { std::cout << "~Derived()\n"; }
    void print() const { std::cout << "Derived: " << m_x << '\n'; }
};

int main() {
    Derived d{ 5 };
    d.print();
    return 0;
}

d)

class Base {
protected:          // 仅此处改为 protected
    int m_x {};
    // 其余同 c
};
// Derived 与 main() 同 c

e)

class D2 : public Derived {
public:
    D2(int z) : Derived{ z } { std::cout << "D2()\n"; }
    ~D2() { std::cout << "~D2()\n"; }
    // 注意：此处无 print() 函数
};

int main() {
    D2 d{ 5 };
    d.print();
    return 0;
}

问题 #2

a) 编写 Apple 类与 Banana 类，均派生自公共的 Fruit 类。Fruit 应有两成员：name（名称）与 color（颜色）。

要求以下程序可运行：

int main() {
    Apple a{ "red" };
    Banana b{};
    std::cout << "My " << a.getName() << " is " << a.getColor() << ".\n";
    std::cout << "My " << b.getName() << " is " << b.getColor() << ".\n";
    return 0;
}

并输出： My apple is red. My banana is yellow.

b) 在上题程序中新增 GrannySmith 类，继承自 Apple。

要求以下程序可运行：

int main() {
    Apple a{ "red" };
    Banana b;
    GrannySmith c;
    // 输出示例略
}

并输出： My apple is red. My banana is yellow. My granny smith apple is green.

问题 #3（挑战题）

本题为难度较高、篇幅较长的测验。我们将编写一个简单的打怪游戏：玩家在死亡或达到 20 级之前尽可能多地收集黄金。

程序包含 3 个类：Creature、Player、Monster。Player 与 Monster 均继承自 Creature。

a) 首先创建 Creature 类。Creature 具有 5 个属性：名称（std::string）、符号（char）、生命值（int）、每次攻击造成的伤害（int）、携带的黄金量（int）。将它们实现为类成员。为每个属性编写 getter。再添加三个函数：

• void reduceHealth(int) 减少 Creature 的生命值；
• bool isDead() 当生命值 ≤ 0 时返回 true；
• void addGold(int) 向 Creature 添加黄金。

要求以下程序可运行：

int main() {
    Creature o{ "orc", 'o', 4, 2, 10 };
    o.addGold(5);
    o.reduceHealth(1);
    std::cout << "The " << o.getName() << " has " << o.getHealth()
              << " health and is carrying " << o.getGold() << " gold.\n";
    return 0;
}

输出： The orc has 3 health and is carrying 15 gold.

b) 接下来创建 Player 类。Player 继承自 Creature，并额外拥有一个成员——玩家等级，初始为 1。 玩家由用户输入自定义名称，符号为 ‘@’，初始生命 10，初始伤害 1，黄金 0。 编写 levelUp() 函数，使玩家等级与伤害各 +1；编写等级 getter；编写 hasWon() 函数，当玩家达到 20 级时返回 true。 编写新的 main() 函数，提示用户输入姓名，并产生如下输出： Enter your name: Alex Welcome, Alex. You have 10 health and are carrying 0 gold.

c) 接下来是 Monster 类。Monster 同样继承自 Creature，无新增非继承成员变量。 先编写一个空的 Monster 类继承自 Creature；然后在 Monster 类内部添加枚举 Type，枚举值为 dragon、orc、slime，以及 max_types（后续有用）。

d) 每种 Monster 类型拥有不同的名称、符号、初始生命、伤害与黄金。下表给出各类型属性：

下一步编写 Monster 构造函数，使其接受一个 Type 枚举参数，并根据该类型创建具有相应属性的 Monster。 由于所有怪物属性均为预定义（非随机或定制），可使用查找表。查找表为 C 风格数组 Creature monsterData[]，按 Type 索引即可返回对应 Creature。 该表为 Monster 专属，可在 Monster 类内定义为 static inline Creature monsterData[] { }，并用 Creature 元素初始化。 Monster 构造函数只需调用 Creature 的复制构造函数，并传入 monsterData 中对应的 Creature 即可。

要求以下程序可通过编译：

int main() {
    Monster m{ Monster::Type::orc };
    std::cout << "A " << m.getName() << " (" << m.getSymbol() << ") was created.\n";
    return 0;
}

并输出： A orc (o) was created.

e) 最后，向 Monster 添加静态函数 getRandomMonster()。该函数应随机选取 0 至 max_types-1 的整数，并返回对应 Type 的 Monster（按值返回，需要将 int static_cast 为 Type）。 在课程《全局随机数（Random.h）》提供了可用的随机数代码。

要求以下 main 函数可运行：

int main() {
    for (int i{ 0 }; i < 10; ++i) {
        Monster m{ Monster::getRandomMonster() };
        std::cout << "A " << m.getName() << " (" << m.getSymbol() << ") was created.\n";
    }
    return 0;
}

输出应为随机结果。

f) 现在编写游戏主逻辑！

游戏规则：

• 玩家一次遭遇一只随机生成的怪物。
• 每次遭遇，玩家可选择 (R) 逃跑或 (F) 战斗。
• 若选择逃跑，有 50% 概率成功。
  • 成功：无负面效果，进入下一次遭遇。
  • 失败：怪物免费攻击一次，玩家再次选择行动。
• 若选择战斗：
  1. 玩家先攻击，怪物生命减少玩家伤害值。
  2. 若怪物死亡，玩家获得怪物携带的黄金，玩家升级（等级与伤害 +1）。
  3. 若怪物未死亡，怪物反击，玩家生命减少怪物伤害值。
• 游戏结束条件：玩家死亡（失败）或达到 20 级（胜利）。
• 玩家死亡时，告知其等级与黄金数量；胜利时告知胜利与黄金数量。

示例游戏流程（略，见原文）。

提示：创建 4 个函数：

• main()：负责游戏初始化（创建 Player）与主循环。
• fightMonster()：处理玩家与单只 Monster 的战斗，询问玩家行动，处理逃跑或战斗。
• attackMonster()：处理玩家攻击怪物及升级。
• attackPlayer()：处理怪物攻击玩家。

g) 附加题： 读者 Tom 的剑不够锋利，无法击败巨龙。请帮他实现以下不同尺寸的药水：

可尽情发挥创意，添加更多药水或调整效果！

每场战斗胜利后，玩家有 30% 概率发现药水，并可选择喝或不喝。不喝则药水消失。玩家饮用前不知药水类型与大小，饮用后揭晓并立即生效。