# 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`:

```cpp
#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：

```cpp
#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。

```cpp
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：

```cpp
#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：

```cpp
#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：

```cpp
#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：

```cpp
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：

```cpp
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：

```cpp
	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：

```cpp
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`:

```cpp
#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`:

```cpp
#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`：

```cpp
#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：

```cpp
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：

```cpp
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：

```cpp
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：

```cpp
#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：

```cpp
(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：

```cpp
#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`:

```cpp
#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`:

```cpp
#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：

```cpp
#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：

```cpp
#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`:

```cpp
#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`:

```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`:

```cpp
#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：

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

解：

```cpp
(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：

```cpp
(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`:

```cpp
#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`:

```cpp
#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：

```cpp
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...
```

```cpp
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。

```cpp
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：
```cpp
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:

```cpp
(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