对象和类是C++中的重要内容,对象(Object)是类(Class)的一个实例(Instance)。面向对象设计的重点是类的设计,而不是对象的设计。对于C++程序而言,设计孤立的类是比较容易的,难的是正确设计基类及其派生类。这就和“继承”(Inheritance)和“组合”(Composition)有重要联系了。类的组合和继承都是软件重用的重要方式。但二者的概念和用法不同。
继承描述的是类与类之间的一般与特殊的关系,即如果A是B的一种,则允许A继承B的功能和属性。例如汽车是交通工具的一种,小汽车是汽车的一种。那么汽车类可从交通工具类派生,小汽车类可以从汽车类派生。
组合描述的是类与类之间的整体与部分的关系,即如果在逻辑上A是B的一部分,则允许A和其他数据成员组合成B。例如:发动机、车轮、电池、车门、方向盘、底盘都是小汽车的一部分,它们组合成汽车,而不能说发动机是汽车的一种。
class Student //学生类
{public:
Student(int n=0, string na="", char s='m', int a=0)
{ num=n; name=na; sex=s; age=a; }
…
private:
int num;
string name;
char sex;
int age;
};
class Date //生日类
{public:
Date(int y=0, int m=0, int d=0); //构造函数
{ year=y; month=m; day=d; }
…
private:
int year;
int month;
int day;
};
class Graduate: public Student //研究生类
{public:
Graduate(int n=0,string na="",char s='m',int a=0,
int y=0,int m=1,int d=1,float p=0):
Student(n, na, s, a),birthday(y, m, d){ pay=p; }
…
private:
Date birthday;
float pay;
};
Graduate类通过继承,从Student类得到了num,name,sex,age等数据成员,通过组合,从Date类得到了year,month,day等数据成员。继承是纵向的,组合是横向的。
如果A是基类,B是A的派生类,那么B将继承A的数据和函数。例如:
class A
{
public:
void Func1(void);
void Func2(void);
};
class B : public A
{
public:
void Func3(void);
void Func4(void);
};
main()
{
B b;
b.Func1(); // B从A继承了函数Func1
b.Func2(); // B从A继承了函数Func2
b.Func3();
b.Func4();
}
这个简单的示例程序说明了一个事实:C++的“继承”特性可以提高程序的可复用性。正因为“继承”太有用、太容易用,才要防止乱用“继承”。我们应当给“继承”立一些使用规则。
【规则1】如果类A和类B毫不相关,不可以为了使B的功能更多些而让B继承A的功能和属性。
【规则2】如果类B 有必要使用A 的功能,则要分两种情况考虑:
(1)若在逻辑上B 是A 的“一种”(a kind of ),则允许B 继承A 的功能。如男人(Man)是人(Human)的一种,男孩(Boy)是男人的一种。那么类Man 可以从类Human 派生,类Boy 可以从类Man 派生。示例程序如下:
class Human
{
…
};
class Man : public Human
{
…
};
class Boy : public Man
{
…
};
注意事项
看起来很简单,但是实际应用时可能会有意外,继承的概念在程序世界与现实世界并不完全相同。
例如从生物学角度讲,鸵鸟(Ostrich)是鸟(Bird)的一种,按理说类Ostrich应该可以从类Bird派生。但是鸵鸟不能飞,那么Ostrich::Fly是什么东西?
class Bird
{
public:
virtual void Fly(void);
…
};
class Ostrich : public Bird
{
…
};
例如从数学角度讲,圆(Circle)是一种特殊的椭圆(Ellipse),按理说类Circle应该可以从类Ellipse派生。但是椭圆有长轴和短轴,如果圆继承了椭圆的长轴和短轴,岂非画蛇添足?
所以更加严格的继承规则应当是:若在逻辑上B是A的“一种”,并且A的所有功能和属性对B而言都有意义,则允许B继承A的功能和属性。
(2)若在逻辑上A是B的“一部分”(a part of),则不允许B从A派生,而是要用A和其它东西组合出B。
例如眼(Eye)、鼻(Nose)、口(Mouth)、耳(Ear)是头(Head)的一部分,所以类Head应该由类Eye、Nose、Mouth、Ear组合而成,不是派生而成。示例程序如下:
class Eye
{
public:
void Look(void);
};
class Nose
{
public:
void Smell(void);
};
class Mouth
{
public:
void Eat(void);
};
class Ear
{
public:
void Listen(void);
};
// 正确的设计,虽然代码冗长。
class Head
{
public:
void Look(void) { m_eye.Look(); }
void Smell(void) { m_nose.Smell(); }
void Eat(void) { m_mouth.Eat(); }
void Listen(void) { m_ear.Listen(); }
private:
Eye m_eye;
Nose m_nose;
Mouth m_mouth;
Ear m_ear;
};
示例 Head由Eye、Nose、Mouth、Ear组合而成
如果允许Head从Eye、Nose、Mouth、Ear派生而成,那么Head将自动具有Look、 Smell、Eat、Listen这些功能。
// 功能正确并且代码简洁,但是设计方法不对。
class Head : public Eye, public Nose, public Mouth, public Ear
{
};
上述程序十分简短并且运行正确,但是这种设计却是错误的。很多程序员经不起“继承”的诱惑而犯下设计错误。
“运行正确”的程序不见得是高质量的程序,此处就是一个例证。