C++ Primer 第五版 第15章 面向對象程序設計：習題完整解析與代碼實現

《C++ Primer》第 15 章聚焦繼承、虛函數、多態、抽象基類、訪問控制、類型轉換、動態綁定、虛析構函數、文本查詢系統。本文提供全章習題詳細答案、核心概念解析、關鍵代碼實現（Quote 體系、Basket、Query 系統），並總結工程最佳實踐。

一、核心概念速查表

二、Quote 體系：面向對象設計範例

2.1 基類 Quote

class Quote {
public:
    Quote() = default;
    Quote(const string& book, double price) : bookNo(book), price(price) {}
    string isbn() const { return bookNo; }
    virtual double net_price(size_t n) const { return n * price; }
    virtual void debug() const { cout << "bookNo=" << bookNo << " price=" << price << endl; }
    virtual ~Quote() = default; // 虛析構函數！
private:
    string bookNo;
protected:
    double price = 0.0;
};

2.2 折扣基類 Disc_quote（抽象）

class Disc_quote : public Quote {
public:
    Disc_quote() = default;
    Disc_quote(const string& book, double price, size_t qty, double disc)
        : Quote(book, price), quantity(qty), discount(disc) {}
    double net_price(size_t) const = 0; // 純虛函數
protected:
    size_t quantity = 0;
    double discount = 0.0;
};

2.3 批量折扣 Bulk_quote

class Bulk_quote : public Disc_quote {
public:
    using Disc_quote::Disc_quote; // 繼承構造函數
    double net_price(size_t cnt) const override {
        if (cnt >= quantity) return cnt * (1 - discount) * price;
        else return cnt * price;
    }
    void debug() const override {
        Quote::debug();
        cout << "quantity=" << quantity << " discount=" << discount << endl;
    }
};

2.4 限量折扣 Limited_quote（習題 15.7/16）

class Limited_quote : public Disc_quote {
public:
    using Disc_quote::Disc_quote;
    double net_price(size_t cnt) const override {
        if (cnt <= quantity) return cnt * (1 - discount) * price;
        else return quantity * (1 - discount) * price + (cnt - quantity) * price;
    }
};

三、動態綁定與多態實戰

3.1 print_total 函數

double print_total(ostream& os, const Quote& item, size_t n) {
    double ret = item.net_price(n); // 動態綁定：實際調用派生類版本
    os << "ISBN: " << item.isbn() << " #sold: " << n << " total due: " << ret << endl;
    return ret;
}

3.2 容器存儲策略對比

四、Basket 購物籃系統（習題 15.30）

class Basket {
public:
    void add_item(const shared_ptr& sale) { items.insert(sale); }
    double total_receipt(ostream& os) const {
        double sum = 0.0;
        for (auto iter = items.cbegin(); iter != items.cend(); iter = items.upper_bound(*iter)) {
            sum += print_total(os, **iter, items.count(*iter));
        }
        os << "Total Sale: " << sum << endl;
        return sum;
    }
private:
    static bool compare(const shared_ptr& lhs, const shared_ptr& rhs) {
        return lhs->isbn() < rhs->isbn();
    }
    multiset, decltype(compare)*> items{compare};
};

五、文本查詢系統：Query 類層次（習題 15.31-42）

5.1 核心類圖

Query_base (抽象)
  ├─ WordQuery          // 單詞查詢
  ├─ NotQuery           // ~Query
  ├─ BinaryQuery (抽象) // 兩操作數
  │    ├─ AndQuery      // Query & Query
  │    └─ OrQuery       // Query | Query
Query (句柄類)          // 封裝 shared_ptr，提供運算符重載、eval、rep

5.2 關鍵實現片段

// Query 句柄類
class Query {
    friend Query operator~(const Query&);
    friend Query operator|(const Query&, const Query&);
    friend Query operator&(const Query&, const Query&);
public:
    Query(const string& s) : q(new WordQuery(s)) {}
    QueryResult eval(const TextQuery& t) const { return q->eval(t); }
    string rep() const { return q->rep(); }
private:
    Query(shared_ptr query) : q(query) {}
    shared_ptr q;
};

// 二元查詢基類
class BinaryQuery : public Query_base {
protected:
    BinaryQuery(const Query& l, const Query& r, string op)
        : lhs(l), rhs(r), oper(op) {}
    string rep() const override { return "(" + lhs.rep() + " " + oper + " " + rhs.rep() + ")"; }
    Query lhs, rhs;
    string oper;
};

// AndQuery / OrQuery 繼承 BinaryQuery，實現 eval() 進行 set_intersection / set_union
// NotQuery 實現 eval() 進行 set_difference (全行集 - 子查詢結果)

5.3 表達式構建對象數量分析（習題 15.31）

六、習題精選答案摘要

七、工程最佳實踐總結

1. 公有繼承表達 is-a，組合優於繼承（has-a）
2. 基類析構函數必須虛，防止資源洩漏
3. 虛函數盡量加 override，葉子類加 final
4. 多態容器統一用 shared_ptr，避免切片與手動內存管理
5. 抽象基類定義接口，具體類實現細節，依賴倒置原則
6. 類型轉換運算符與單參數構造函數加 explicit，避免隱式轉換陷阱
7. 文本查詢系統展示了「句柄/主體」模式：Query 輕量句柄，Query_base 體系承擔邏輯，運算符重載構建領域語言

第 15 章是 C++ 面向對象精髓所在，徹底掌握繼承體系設計、動態綁定機制、資源管理規範，是編寫大型可維護 C++ 系統的基石。