第十五章 面向对象程序设计

练习15.1

什么是虚成员？

解：

对于某些函数，基类希望它的派生类各自定义适合自身的版本，此时基类就将这些函数声明成虚函数。

练习15.2

protected 访问说明符与 private 有何区别？

解：

• protected ： 基类和和其派生类还有友元可以访问。
• private ： 只有基类本身和友元可以访问。

练习15.3

定义你自己的 Quote 类和 print_total 函数。

解：

Quote:

#include <string>
class Quote
{
public:
    Quote() = default;
    Quote(const std::string &b, double p) :
        bookNo(b), price(p){}
    std::string isbn() const { return bookNo; }
    virtual double net_price(std::size_t n) const { return n * price; }
    virtual ~Quote() = default;
private:
    std::string bookNo;
protected:
    double  price = 0.0;
};

主函数：

#include "ex_15_3.h"
#include <iostream>
#include <string>
#include <map>
#include <functional>
double print_total(std::ostream& os, const Quote& item, size_t n);
int main()
{
    return 0;
}
double print_total(std::ostream &os, const Quote &item, size_t n)
{
    double ret = item.net_price(n);
    os << "ISBN:" << item.isbn()
        << "# sold: " << n << " total due: " << ret << std::endl;
    return ret;
}

练习15.4

下面哪条声明语句是不正确的？请解释原因。

class Base { ... };
(a) class Derived : public Derived { ... };
(b) class Derived : private Base { ... };
(c) class Derived : public Base;

解：

• (a) 不正确。类不能派生自身。
• (b) 不正确。这是定义而非声明。
• (c) 不正确。派生列表不能出现在这。

练习15.5

定义你自己的 Bulk_quote 类。

解：

#include "ex_15_3.h"
class Bulk_quote : public Quote
{
public:
    Bulk_quote() = default;
    Bulk_quote(const std::string& b, double p, std::size_t q, double disc) :
        Quote(b, p), min_qty(q), discount(disc) {}
    double net_price(std::size_t n) const override;
private:
    std::size_t min_qty = 0;
    double      discount = 0.0;
};

练习15.6

将 Quote 和 Bulk_quote 的对象传给15.2.1节练习中的 print_total 函数，检查该函数是否正确。

解：

#include "ex_15_3.h"
#include "ex_15_5.h"
#include <iostream>
#include <string>
double print_total(std::ostream& os, const Quote& item, size_t n);
int main()
{
    // ex15.6
    Quote q("textbook", 10.60);
    Bulk_quote bq("textbook", 10.60, 10, 0.3);
    print_total(std::cout, q, 12);
    print_total(std::cout, bq, 12);
    return 0;
}
double print_total(std::ostream &os, const Quote &item, size_t n)
{
    double ret = item.net_price(n);
    os << "ISBN:" << item.isbn()
        << "# sold: " << n << " total due: " << ret << std::endl;
    return ret;
}

练习15.7

定义一个类使其实现一种数量受限的折扣策略，具体策略是：当购买书籍的数量不超过一个给定的限量时享受折扣，如果购买量一旦超过了限量，则超出的部分将以原价销售。

解：

#include "ex_15_5.h"
class Limit_quote : public Quote
{
public:
    Limit_quote();
    Limit_quote(const std::string& b, double p, std::size_t max, double disc) :
        Quote(b, p), max_qty(max), discount(disc)
    {}
    double net_price(std::size_t n) const override;
private:
    std::size_t max_qty = 0;
    double      discount = 0.0;
};
double Limit_quote::net_price(std::size_t n) const
{
    if (n > max_qty)
        return max_qty * price * discount + (n - max_qty) * price;
    else
        return n * discount *price;
}

练习15.8

给出静态类型和动态类型的定义。

解：

表达式的静态类型在编译时总是已知的，它是变量声明时的类型或表达式生成的类型。动态类型则是变量或表达式表示的内存中的对象的类型。动态类型直到运行时才可知。

练习15.9

在什么情况下表达式的静态类型可能与动态类型不同？请给出三个静态类型与动态类型不同的例子。

解：

基类的指针或引用的静态类型可能与其动态类型不一致。

练习15.10

回忆我们在8.1节进行的讨论，解释第284页中将 ifstream 传递给 Sales_data 的read 函数的程序是如何工作的。

解：

std::ifstream 是 std::istream 的派生基类，因此 read 函数能够正常工作。

练习15.11

为你的 Quote 类体系添加一个名为 debug 的虚函数，令其分别显示每个类的数据成员。

解：

void Quote::debug() const
{
    std::cout << "data members of this class:\n"
              << "bookNo= " <<this->bookNo << " "
              << "price= " <<this->price<< " ";
}

练习15.12

有必要将一个成员函数同时声明成 override 和 final 吗？为什么？

解：

有必要。override 的含义是重写基类中相同名称的虚函数，final 是阻止它的派生类重写当前虚函数。

练习15.13

给定下面的类，解释每个 print 函数的机理：

class base {
public:
    string name() { return basename;}
    virtual void print(ostream &os) { os << basename; }
private:
    string basename;
};
class derived : public base {
public:
    void print(ostream &os) { print(os); os << " " << i; }
private:
    int i;
};

在上述代码中存在问题吗？如果有，你该如何修改它？

解：

有问题。应该改为：

    void print(ostream &os) override { base::print(os); os << " derived\n " << i; }

练习15.14

给定上一题中的类以及下面这些对象，说明在运行时调用哪个函数：

base bobj;         base *bp1 = &bobj;     base &br1 = bobj;
derived dobj;     base *bp2 = &dobj;     base &br2 = dobj;
(a) bobj.print();    (b)dobj.print();    (c)bp1->name();
(d)bp2->name();        (e)br1.print();        (f)br2.print();

解：

• (a) 编译时。
• (b) 编译时。
• (c) 编译时。
• (d) 编译时。
• (e) 运行时。base::print()
• (f) 运行时。derived::print()

练习15.15

定义你自己的 Disc_quote 和 Bulk_quote。

解：

Disc_quote:

#include "quote.h"
class Disc_quote : public Quote
{
public:
    Disc_quote();
    Disc_quote(const std::string& b, double p, std::size_t q, double d) :
        Quote(b, p), quantity(q), discount(d)   { }
    virtual double net_price(std::size_t n) const override = 0;
protected:
    std::size_t quantity;
    double      discount;
};

Bulk_quote:

#include "disc_quote.h"
class Bulk_quote : public Disc_quote
{
public:
    Bulk_quote() = default;
    Bulk_quote(const std::string& b, double p, std::size_t q, double disc) :
        Disc_quote(b, p, q, disc) {   }
    double net_price(std::size_t n) const override;
    void  debug() const override;
};

练习15.16

改写你在15.2.2节练习中编写的数量受限的折扣策略，令其继承 Disc_quote。

解：

Limit_quote：

#include "disc_quote.h"
class Limit_quote : public Disc_quote
{
public:
    Limit_quote() = default;
    Limit_quote(const std::string& b, double p, std::size_t max, double disc):
        Disc_quote(b, p, max, disc)  {   }
    double net_price(std::size_t n) const override
    { return n * price * (n < quantity ? 1 - discount : 1 ); }
    void debug() const override;
};

练习15.17

尝试定义一个 Disc_quote 的对象，看看编译器给出的错误信息是什么？

解：

error: cannot declare variable 'd' to be of abstract type 'Disc_quote': Disc_quote d;

练习15.18

假设给定了第543页和第544页的类，同时已知每个对象的类型如注释所示，判断下面的哪些赋值语句是合法的。解释那些不合法的语句为什么不被允许：

Base *p = &d1;  //d1 的类型是 Pub_Derv
p = &d2;        //d2 的类型是 Priv_Derv
p = &d3;        //d3 的类型是 Prot_Derv
p = &dd1;        //dd1 的类型是 Derived_from_Public    
p = &dd2;        //dd2 的类型是 Derived_from_Private
p = &dd3;        //dd3 的类型是 Derived_from_Protected

解：

Base *p = &d1; 合法
p = &d2; 不合法
p = &d3; 不合法
p = &dd1; 合法
p = &dd2; 不合法
p = &dd3; 不合法

只有在派生类是使用public的方式继承基类时，用户代码才可以使用派生类到基类（derived-to-base）的转换。

练习15.19

假设543页和544页的每个类都有如下形式的成员函数：

void memfcn(Base &b) { b = *this; }

对于每个类，分别判断上面的函数是否合法。

解：

合法：

• Pub_Derv
• Priv_Derv
• Prot_Derv
• Derived_from_Public
• Derived_from_Protected
  不合法：
• Derived_from_Private

这段代码是在成员函数中使用Base。Priv_Drev中的Base部分虽然是private的，但其成员函数依然可以访问；Derived_from_Private继承自Priv_Drev，不能访问Priv_Drev中的private成员，因此不合法。

练习15.20

编写代码检验你对前面两题的回答是否正确。

解：

#include <iostream>
#include <string>
#include "exercise15_5.h"
#include "bulk_quote.h"
#include "limit_quote.h"
#include "disc_quote.h"
class Base
{
public:
    void pub_mem();   // public member
protected:
    int prot_mem;     // protected member
private:
    char priv_mem;    // private member
};
struct Pub_Derv : public    Base
{
    void memfcn(Base &b) { b = *this; }
};
struct Priv_Derv : private   Base
{
    void memfcn(Base &b) { b = *this; }
};
struct Prot_Derv : protected Base
{
    void memfcn(Base &b) { b = *this; }
};
struct Derived_from_Public : public Pub_Derv
{
    void memfcn(Base &b) { b = *this; }
};
struct Derived_from_Private : public Priv_Derv
{
    //void memfcn(Base &b) { b = *this; }
};
struct Derived_from_Protected : public Prot_Derv
{
    void memfcn(Base &b) { b = *this; }
};
int main()
{
    Pub_Derv d1;
    Base *p = &d1;
    Priv_Derv d2;
    //p = &d2;
    Prot_Derv d3;
    //p = &d3;
    Derived_from_Public dd1;
    p = &dd1;
    Derived_from_Private dd2;
    //p =& dd2;
    Derived_from_Protected dd3;
    //p = &dd3;
    return 0;
}

练习15.21

从下面这些一般性抽象概念中任选一个（或者选一个你自己的），将其对应的一组类型组织成一个继承体系：

(a) 图形文件格式（如gif、tiff、jpeg、bmp）
(b) 图形基元（如方格、圆、球、圆锥）
(c) C++语言中的类型（如类、函数、成员函数）

解：

#include <iostream>
#include <string>
#include "quote.h"
#include "bulk_quote.h"
#include "limit_quote.h"
#include "disc_quote.h"
// just for 2D shape
class Shape
{
public:
    typedef std::pair<double, double>    Coordinate;
    Shape() = default;
    Shape(const std::string& n) :
        name(n) { }
    virtual double area()       const = 0;
    virtual double perimeter()  const = 0;
    virtual ~Shape() = default;
private:
    std::string name;
};
class Rectangle : public Shape
{
public:
    Rectangle() = default;
    Rectangle(const std::string& n,
              const Coordinate& a,
              const Coordinate& b,
              const Coordinate& c,
              const Coordinate& d) :
        Shape(n), a(a), b(b), c(c), d(d) { }
    ~Rectangle() = default;
protected:
    Coordinate  a;
    Coordinate  b;
    Coordinate  c;
    Coordinate  d;
};
class Square : public Rectangle
{
public:
    Square() = default;
    Square(const std::string& n,
           const Coordinate& a,
           const Coordinate& b,
           const Coordinate& c,
           const Coordinate& d) :
        Rectangle(n, a, b, c, d) { }
    ~Square() = default;
};
int main()
{
    return 0;
}

练习15.22

对于你在上一题中选择的类，为其添加函数的虚函数及公有成员和受保护的成员。

解：

参考15.21。

练习15.23

假设第550页的 D1 类需要覆盖它继承而来的 fcn 函数，你应该如何对其进行修改？如果你修改之后 fcn 匹配了 Base 中的定义，则该节的那些调用语句将如何解析？

解：

移除 int 参数。

练习15.24

哪种类需要虚析构函数？虚析构函数必须执行什么样的操作？

解：

基类通常应该定义一个虚析构函数。

练习15.25

我们为什么为 Disc_quote 定义一个默认构造函数？如果去掉该构造函数的话会对 Bulk_quote 的行为产生什么影响？

解：

因为Disc_quote的默认构造函数会运行Quote的默认构造函数，而Quote默认构造函数会完成成员的初始化工作。
如果去除掉该构造函数的话，Bulk_quote的默认构造函数而无法完成Disc_quote的初始化工作。

练习15.26

定义 Quote 和 Bulk_quote 的拷贝控制成员，令其与合成的版本行为一致。为这些成员以及其他构造函数添加打印状态的语句，使得我们能够知道正在运行哪个程序。使用这些类编写程序，预测程序将创建和销毁哪些对象。重复实验，不断比较你的预测和实际输出结果是否相同，直到预测完全准确再结束。

解：

Quote:

#include <string>
#include <iostream>
class Quote
{
    friend bool operator !=(const Quote& lhs, const Quote& rhs);
public:
    Quote() { std::cout << "default constructing Quote\n"; }
    Quote(const std::string &b, double p) :
        bookNo(b), price(p)
    {
        std::cout << "Quote : constructor taking 2 parameters\n";
    }
    // copy constructor
    Quote(const Quote& q) : bookNo(q.bookNo), price(q.price)
    {
        std::cout << "Quote: copy constructing\n";
    }
    // move constructor
    Quote(Quote&& q) noexcept : bookNo(std::move(q.bookNo)), price(std::move(q.price))
    { std::cout << "Quote: move constructing\n"; }
    // copy =
    Quote& operator =(const Quote& rhs)
    {
        if (*this != rhs)
        {
            bookNo = rhs.bookNo;
            price = rhs.price;
        }
        std::cout << "Quote: copy =() \n";
        return *this;
    }
    // move =
    Quote& operator =(Quote&& rhs)  noexcept
    {
        if (*this != rhs)
        {
            bookNo = std::move(rhs.bookNo);
            price = std::move(rhs.price);
        }
        std::cout << "Quote: move =!!!!!!!!! \n";
        return *this;
    }
    std::string     isbn() const { return bookNo; }
    virtual double  net_price(std::size_t n) const { return n * price; }
    virtual void    debug() const;
    virtual ~Quote()
    {
        std::cout << "destructing Quote\n";
    }
private:
    std::string bookNo;
protected:
    double  price = 10.0;
};
bool inline
operator !=(const Quote& lhs, const Quote& rhs)
{
    return lhs.bookNo != rhs.bookNo
        &&
        lhs.price != rhs.price;
}

Bulk_quote:

#include "Disc_quote.h"
#include <iostream>
class Bulk_quote : public Disc_quote
{
public:
    Bulk_quote() { std::cout << "default constructing Bulk_quote\n"; }
    Bulk_quote(const std::string& b, double p, std::size_t q, double disc) :
        Disc_quote(b, p, q, disc)
    {
        std::cout << "Bulk_quote : constructor taking 4 parameters\n";
    }
    // copy constructor
    Bulk_quote(const Bulk_quote& bq) : Disc_quote(bq)
    {
        std::cout << "Bulk_quote : copy constructor\n";
    }
    // move constructor
    Bulk_quote(Bulk_quote&& bq) : Disc_quote(std::move(bq)) noexcept
    {
        std::cout << "Bulk_quote : move constructor\n";
    }
    // copy =()
    Bulk_quote& operator =(const Bulk_quote& rhs)
    {
        Disc_quote::operator =(rhs);
        std::cout << "Bulk_quote : copy =()\n";
        return *this;
    }
    // move =()
    Bulk_quote& operator =(Bulk_quote&& rhs) noexcept
    {
        Disc_quote::operator =(std::move(rhs));
        std::cout << "Bulk_quote : move =()\n";
        return *this;
    }
    double net_price(std::size_t n) const override;
    void  debug() const override;
    ~Bulk_quote() override
    {
        std::cout << "destructing Bulk_quote\n";
    }
};

程序输出结果：

default constructing Quote
default constructing Disc_quote
default constructing Bulk_quote
Quote : constructor taking 2 parameters
Disc_quote : constructor taking 4 parameters.
Bulk_quote : constructor taking 4 parameters
Quote: copy constructing
Quote: copy constructing
destructing Quote
destructing Quote
Disc_quote : move =()
Bulk_quote : move =()
destructing Bulk_quote
destructing Dis_quote
destructing Quote
destructing Bulk_quote
destructing Dis_quote
destructing Quote

练习15.27

重新定义你的 Bulk_quote 类，令其继承构造函数。

解：

#include "disc_quote.h"
#include <iostream>
class Bulk_quote : public Disc_quote
{
public:
    Bulk_quote() { std::cout << "default constructing Bulk_quote\n"; }
    // changed the below to the inherited constructor for ex15.27.
    // rules:  1. only inherit from the direct base class.
    //         2. default, copy and move constructors can not inherit.
    //         3. any data members of its own are default initialized.
    //         4. the rest details are in the section section 15.7.4.
    /*
    Bulk_quote(const std::string& b, double p, std::size_t q, double disc) :
    Disc_quote(b, p, q, disc) { std::cout << "Bulk_quote : constructor taking 4 parameters\n"; }
    */
    using Disc_quote::Disc_quote;
    // copy constructor
    Bulk_quote(const Bulk_quote& bq) : Disc_quote(bq)
    {
        std::cout << "Bulk_quote : copy constructor\n";
    }
    // move constructor
    Bulk_quote(Bulk_quote&& bq) : Disc_quote(std::move(bq))
    {
        std::cout << "Bulk_quote : move constructor\n";
    }
    // copy =()
    Bulk_quote& operator =(const Bulk_quote& rhs)
    {
        Disc_quote::operator =(rhs);
        std::cout << "Bulk_quote : copy =()\n";
        return *this;
    }
    // move =()
    Bulk_quote& operator =(Bulk_quote&& rhs)
    {
        Disc_quote::operator =(std::move(rhs));
        std::cout << "Bulk_quote : move =()\n";
        return *this;
    }
    double net_price(std::size_t n) const override;
    void  debug() const override;
    ~Bulk_quote() override
    {
        std::cout << "destructing Bulk_quote\n";
    }
};

练习15.28

定义一个存放 Quote 对象的 vector，将 Bulk_quote 对象传入其中。计算 vector 中所有元素总的 net_price。

解：

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <memory>
#include "quote.h"
#include "bulk_quote.h"
#include "limit_quote.h"
#include "disc_quote.h"
int main()
{
    /**
    * @brief ex15.28   outcome == 9090
    */
    std::vector<Quote> v;
    for (unsigned i = 1; i != 10; ++i)
        v.push_back(Bulk_quote("sss", i * 10.1, 10, 0.3));
    double total = 0;
    for (const auto& b : v)
    {
        total += b.net_price(20);
    }
    std::cout << total << std::endl;
    std::cout << "======================\n\n";
    /**
    * @brief ex15.29   outccome == 6363
    */
    std::vector<std::shared_ptr<Quote>> pv;
    for (unsigned i = 1; i != 10; ++i)
        pv.push_back(std::make_shared<Bulk_quote>(Bulk_quote("sss", i * 10.1, 10, 0.3)));
    double total_p = 0;
    for (auto p : pv)
    {
        total_p += p->net_price(20);
    }
    std::cout << total_p << std::endl;
    return 0;
}

练习15.29

再运行一次你的程序，这次传入 Quote 对象的 shared_ptr 。如果这次计算出的总额与之前的不一致，解释为什么;如果一直，也请说明原因。

解：

因为智能指针导致了多态性的产生，所以这次计算的总额不一致。

练习15.30

编写你自己的 Basket 类，用它计算上一个练习中交易记录的总价格。

解：

Basket h:

#include "quote.h"
#include <set>
#include <memory>
// 购物篮
// a basket of objects from Quote hierachy, using smart pointers.
class Basket
{
public:
    // Basket使用合成的默认构造函数和拷贝控制成员
    // copy verison
    void add_item(const Quote& sale)
    {
        items.insert(std::shared_ptr<Quote>(sale.clone()));
    }
    // move version
    void add_item(Quote&& sale)
    {
        items.insert(std::shared_ptr<Quote>(std::move(sale).clone()));
    }
    // 打印每本书的总价和购物篮中所有书的总价
    double total_receipt(std::ostream& os) const;
private:
    // function to compare needed by the multiset member
    static bool compare(const std::shared_ptr<Quote>& lhs,
        const std::shared_ptr<Quote>& rhs)
    {
        return lhs->isbn() < rhs->isbn();
    }
    // hold multiple quotes, ordered by the compare member
    std::multiset<std::shared_ptr<Quote>, decltype(compare)*>
        items{ compare };
};

Basket cpp:

#include "basket.h"
double Basket::total_receipt(std::ostream &os) const
{
    double sum = 0.0;  // 保存实时计算出的总价格
    // iter指向ISBN相同的一批元素中的第一个
    // upper_bound返回一个迭代器，该迭代器指向这批元素的尾后位置
    for (auto iter = items.cbegin(); iter != items.cend();
        iter = items.upper_bound(*iter))
        //  ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
        // @note   this increment moves iter to the first element with key
        //         greater than  *iter.
    {
        sum += print_total(os, **iter, items.count(*iter));
    }                                   // ^^^^^^^^^^^^^ using count to fetch
    // the number of the same book.
    os << "Total Sale: " << sum << std::endl;
    return sum;
}

main:

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <memory>
#include <fstream>
#include "quote.h"
#include "bulk_quote.h"
#include "limit_quote.h"
#include "disc_quote.h"
#include "basket.h"
int main()
{
    Basket basket;
    for (unsigned i = 0; i != 10; ++i)
        basket.add_item(Bulk_quote("Bible", 20.6, 20, 0.3));
    for (unsigned i = 0; i != 10; ++i)
        basket.add_item(Bulk_quote("C++Primer", 30.9, 5, 0.4));
    for (unsigned i = 0; i != 10; ++i)
        basket.add_item(Quote("CLRS", 40.1));
    std::ofstream log("log.txt", std::ios_base::app | std::ios_base::out);
    basket.total_receipt(log);
    return 0;
}

练习15.31

已知 s1、s2、s3 和 s4 都是 string，判断下面的表达式分别创建了什么样的对象：

(a) Query(s1) | Query(s2) & ~Query(s3);
(b) Query(s1) | (Query(s2) & ~Query(s3));
(c) (Query(s1) & (Query(s2)) | (Query(s3) & Query(s4)));

解：

(a) OrQuery, AndQuery, NotQuery, WordQuery
(b) OrQuery, AndQuery, NotQuery, WordQuery
(c) OrQuery, AndQuery, WordQuery

练习15.32

当一个 Query 类型的对象被拷贝、移动、赋值或销毁时，将分别发生什么？

解：

• 拷贝：当被拷贝时，合成的拷贝构造函数被调用。它将拷贝两个数据成员至新的对象。而在这种情况下，数据成员是一个智能指针，当拷贝时，相应的智能指针指向相同的地址，计数器增加1.
• 移动：当移动时，合成的移动构造函数被调用。它将移动数据成员至新的对象。这时新对象的智能指针将会指向原对象的地址，而原对象的智能指针为 nullptr，新对象的智能指针的引用计数为 1。
• 赋值：合成的赋值运算符被调用，结果和拷贝的相同的。
• 销毁：合成的析构函数被调用。对象的智能指针的引用计数递减，当引用计数为 0 时，对象被销毁。

练习15.33

当一个 Query_base 类型的对象被拷贝、移动赋值或销毁时，将分别发生什么？

解：

由合成的版本来控制。然而 Query_base 是一个抽象类，它的对象实际上是它的派生类对象。

练习15.34

针对图15.3构建的表达式：

(a) 例举出在处理表达式的过程中执行的所有构造函数。
(b) 例举出 cout << q 所调用的 rep。
(c) 例举出 q.eval() 所调用的 eval。

解：

• a： Query q = Query("fiery") & Query("bird") | Query("wind");

1. Query::Query(const std::string& s) where s == “fiery”,”bird” and “wind”
2. WordQuery::WordQuery(const std::string& s) where s == “fiery”,”bird” and “wind”
3. AndQuery::AndQuery(const Query& left, const Query& right);
4. BinaryQuery(const Query&l, const Query& r, std::string s);
5. Query::Query(std::shared_ptr<Query_base> query) 2times
6. OrQuery::OrQuery(const Query& left, const Query& right);
7. BinaryQuery(const Query&l, const Query& r, std::string s);
8. Query::Query(std::shared_ptr<Query_base> query) 2times

• b：

1. query.rep() inside the operator <<().
2. q->rep() inside the member function rep().
3. OrQuery::rep() which is inherited from BinaryQuery.
4. Query::rep() for lhs and rhs:
   for rhs which is a WordQuery : WordQuery::rep() where query_word("wind") is returned.For lhs which is an AndQuery.
5. AndQuery::rep() which is inherited from BinaryQuery.
6. BinaryQuer::rep(): for rhs: WordQuery::rep() where query_word(“fiery”) is returned. For lhs: WordQuery::rep() where query_word(“bird” ) is returned.

• c：

1. q.eval()
2. q->rep(): where q is a pointer to OrQuary.
3. QueryResult eval(const TextQuery& )const override: is called but this one has not been defined yet.

练习15.35

实现 Query 类和 Query_base 类，其中需要定义rep 而无须定义 eval。

解：

Query:

#ifndef QUERY_H
#define QUERY_H
#include <iostream>
#include <string>
#include <memory>
#include "query_base.h"
#include "queryresult.h"
#include "textquery.h"
#include "wordquery.h"
/**
* @brief interface class to manage the Query_base inheritance hierachy
*/
class Query
{
    friend Query operator~(const Query&);
    friend Query operator|(const Query&, const Query&);
    friend Query operator&(const Query&, const Query&);
public:
    // build a new WordQuery
    Query(const std::string& s) : q(new WordQuery(s))
    {
        std::cout << "Query::Query(const std::string& s) where s=" + s + "\n";
    }
    // interface functions: call the corresponding Query_base operatopns
    QueryResult eval(const TextQuery& t) const
    {
        return q->eval(t);
    }
    std::string rep() const
    {
        std::cout << "Query::rep() \n";
        return q->rep();
    }
private:
    // constructor only for friends
    Query(std::shared_ptr<Query_base> query) :
        q(query)
    {
        std::cout << "Query::Query(std::shared_ptr<Query_base> query)\n";
    }
    std::shared_ptr<Query_base> q;
};
inline std::ostream&
operator << (std::ostream& os, const Query& query)
{
    // make a virtual call through its Query_base pointer to rep();
    return os << query.rep();
}
#endif // QUERY_H

Query_base:

#ifndef QUERY_BASE_H
#define QUERY_BASE_H
#include "textquery.h"
#include "queryresult.h"
/**
* @brief abstract class acts as a base class for all concrete query types
*        all members are private.
*/
class Query_base
{
    friend class Query;
protected:
    using line_no = TextQuery::line_no; //  used in the eval function
    virtual ~Query_base() = default;
private:
    // returns QueryResult that matches this query
    virtual QueryResult eval(const TextQuery&) const = 0;
    // a string representation of this query
    virtual std::string rep() const = 0;
};
#endif // QUERY_BASE_H

练习15.36

在构造函数和 rep 成员中添加打印语句，运行你的代码以检验你对本节第一个练习中(a)、(b)两小题的回答是否正确。

解：

Query q = Query("fiery") & Query("bird") | Query("wind");
WordQuery::WordQuery(wind)
Query::Query(const std::string& s) where s=wind
WordQuery::WordQuery(bird)
Query::Query(const std::string& s) where s=bird
WordQuery::WordQuery(fiery)
Query::Query(const std::string& s) where s=fiery
BinaryQuery::BinaryQuery()  where s=&
AndQuery::AndQuery()
Query::Query(std::shared_ptr<Query_base> query)
BinaryQuery::BinaryQuery()  where s=|
OrQuery::OrQuery
Query::Query(std::shared_ptr<Query_base> query)
Press <RETURN> to close this window...

std::cout << q <<std::endl;
Query::rep()
BinaryQuery::rep()
Query::rep()
WodQuery::rep()
Query::rep()
BinaryQuery::rep()
Query::rep()
WodQuery::rep()
Query::rep()
WodQuery::rep()
((fiery & bird) | wind)
Press <RETURN> to close this window...

练习15.37

如果在派生类中含有 shared_ptr<Query_base> 类型的成员而非 Query 类型的成员，则你的类需要做出怎样的改变？

解：

参考15.35。

练习15.38

下面的声明合法吗？如果不合法，请解释原因;如果合法，请指出该声明的含义。

BinaryQuery a = Query("fiery") & Query("bird");
AndQuery b = Query("fiery") & Query("bird");
OrQuery c = Query("fiery") & Query("bird");

解：

1. 不合法。因为 BinaryQuery 是抽象类。
2. 不合法。& 操作返回的是一个 Query 对象。
3. 不合法。& 操作返回的是一个 Query 对象。

练习15.39

实现 Query 类和　Query_base 类，求图15.3中表达式的值并打印相关信息，验证你的程序是否正确。

练习15.40

在 OrQuery 的 eval 函数中，如果 rhs 成员返回的是空集将发生什么？

解：

不会发生什么。代码如下：

std::shared_ptr<std::set<line_no>> ret_lines =
       std::make_shared<std::set<line_no>>(left.begin(), left.end());

如果 rhs 成员返回的是空集，在 set 当中不会添加什么。

练习15.41

重新实现你的类，这次使用指向 Query_base 的内置指针而非 shared_ptr。请注意，做出上述改动后你的类将不能再使用合成的拷贝控制成员。

解：

略

练习15.42

从下面的几种改进中选择一种，设计并实现它:

(a) 按句子查询并打印单词，而不再是按行打印。
(b) 引入一个历史系统，用户可以按编号查阅之前的某个查询，并可以在其中添加内容或者将其余其他查询组合。
(c) 允许用户对结果做出限制，比如从给定范围的行中跳出匹配的进行显示。

解：

略

TextQuery最终项目

见 cpp_source/cha5/text_query