C++学习之路—继承与派生（四）拓展与总结

（根据《C++程序设计》（谭浩强）整理，整理者：华科小涛，@http://www.cnblogs.com/hust-ghtao转载请注明）

1拓展部分

本节主要由两部分内容组成，分别是（1）基类与派生类的转换和（2）继承与组合

1.1基类与派生类的转换

在前几篇博客中，可以看到在3种继承方式中，只有公有继承能较好的保留基类的特征，它保留了除构造函数和析构函数以外所有的基类成员，基类的公有或保护成员的访问权限在派生类中全部保留了下来，在派生类外可以调用基类的公有成员函数以访问基类的私有成员。而非公用派生类不能实现基类的全部功能（例如在派生类外不能调用基类的公有成员函数访问基类的私有成员）。因此，只有公有派生类才是基类真正的子类型，它完整的继承了基类的功能。

如果不同类型数据之间可以自动转换和赋值，成为赋值兼容。基类与公用派生类之间具有赋值兼容关系，由于派生类中包含从基类继承的成员，因此可以将派生类的值赋给基类对象，在用到基类对象的时候可以用其子对象代替。基类与（公用）派生类之间的赋值兼容表现在以下4个方面：

（1）派生类对象可以向基类对象赋值。若类B是类A的公用派生类，则可进行以下操作：

[code] A a1 ; //定义基类A对象a1

B b1 ; //定义公用派生类B的对象b1

a1 = b1 ; //用派生类B的对象b1对基类对象a1赋值

[/code]

在进行赋值时舍弃派生类自己新增加的成员，所谓赋值只是对数据成员赋值，对成员函数不存在赋值问题。赋值后不能试图通过对象a1去访问派生类对象b1新增的成员，假设age是派生类B中新增加的成员，则：

[code] a1.age = 23 ;//错误，a1中不包含派生类中增加的成员

b1.age = 21 ; //正确，b1中包含派生类中增加的成员

[/code]

总结：只能用子类对象对基类对象赋值，而不能用基类对象对其子类对象赋值。同一基类的不同派生类对象之间也不能赋值。

（2）派生类对象可以代替基类对象向基类对象的引用进行赋值或初始化。

如果已经定义了基类A对象a1，可以定义a1的引用变量：

[code] A a1 ; //定义基类A对象a1

B b1 ; //定义公用派生类B对象b1

A& r = a1 ;//定义基类A对象的引用r，并用a1对其初始化

//也可以将上面最后一行改为

A& r= b1 ;//定义基类A对象的引用r，并用派生类B对象b1对其初始化

[/code]

此时r并不是b1的别名，也不是与b1共享同一段存储单元。它只是b1中基类部分的别名，r与b1中基类部分共享同一段存储单元，r与b1具有相同的起始地址。

（3）如果函数的参数是基类对象或基类对象的引用，相应的实参可以用子类对象。例如：

[code] void fun ( A& r )//形参是A类对象的引用

{

cout << r.num << endl ;//输出该引用中的数据成员num

}

B b1 ; //定义公用派生类的对象b1

fun( b1 ) ;//输出B对象b1的基类的数据成员num的值

[/code]

在fun函数中只能输出派生类中基类成员的值。

（4）派生类对象的地址可以赋给指向基类对象的指针变量，即指向基类对象的指针变量可以指向派生类对象。示例程序如下：

[code] #include <iostream>

#include <string>

using namespace std ;

 class Student//声明Student类

{

public:

 Student ( int , string , float ) ; //声明构造函数

 void display();//声明输出函数

private:

 int num ;

 string name ;

 float score ;

};

 Student::Student( int n , string nam , float s )//定义构造函数

{

 num = n ;

 name = nam ;

 score = s ;

}

 void Student::display() //定义输出函数

{

 cout << endl << "num:" << num << endl ;

 cout << "name:" << name << endl ;

 cout << "score:" << score << endl ;

}

 class Graduate : public Student//声明公用派生类Graduate

{

public:

 Graduate( int , string , float , float ) ; //声明构造函数

 void display() ; //声明输出函数

private：

 float wage ；

};

Graduate::Graduate( int n , string nam , float s , float w ) : Stident( n , nam , s )

 , wage( w ){}//定义构造函数

 void Graduate::display()//定义输出函数

{

 Student::display() ; 

 cout << "wage:" << wage << endl ;

}

int main()

{

 Student stud1( 1001 , "Li" , 87.5 ) ; //定义Student类对象stud1

 Graduate grad1( 2001 , "wang" , 98.5 , 1000 ) ;//定义Graduate类对象grad1

 Student *pt = &stud1 ;//定义指向基类的指针并指向stud1

 pt->display() ; //调用stud1.display函数

 pt = &grad1 ;//指针指向grad1

 pt->display() ;//调用grad1.display函数

 return 0 ;

}

[/code]

先看一下程序运行结果，再进行具体的分析：





分析：有很多读者会认为，在派生类中有两个同名的display成员函数，根据同名覆盖的规则，第二次被调用的应当是派生类Graduate对象的display函数，在执行Graduate::display函数过程中调用Student::display函数，输出num，name，score，然后再输出wage的值。很明显与上述结果不符，why？问题在于pt是指向Student类对象的指针变量，即使让它指向了grad1，但实际上pt指向的是从grad1从基类继承的部分。通过指向基类对象的指针，只能访问派生类中的基类成员，而不能访问派生类增加的成员。

通过本例可以看到，用指向基类对象的指针变量指向子类对象是合法的、安全的，不会出现编译上的错误。但人们更希望通过使用基类指针能够调用基类和子类对象的成员，要解决这个问题，就要用到以后会讲到的多态性和虚函数。

1.2 继承与组合

在一个类中以另一个类的对象作为数据成员的，称为类的组合。例如，声明Professor类是Teacher类的派生类，另有一个类BirthDate，包含year，month，day等数据成员。我们可以将教授生日的信息加入到Professor类的声明中。如：

[code] class Teacher//声明教师类

{

public:

 ...

private: 

 int num ;

 string name ;

 char sex ;

};

 class Birthdate//声明生日类

{

public:

 ...

private:

 int year ;

 int month ;

 int day ;

};

 class Professor : public Teacher //声明教授类

{

public:

 ...

private:

 Birthdate birthday ; //Birthdate类的对象作为数据成员

};

[/code]

类的组合和类的继承一样，都是有效地利用已有类的资源。但二者的概念和用法不同。通过继承建立了派生类与基类的关系，这是一种“is-a”的关系，如“白猫是猫”，派生类是基类的具体化的实现，是基类的一种。通过组合则建立了成员类和组合类的关系，它们之间是“has-a”的关系。不能说Professor是一个Birthdate，只能说教授有一个Birthdate的属性。

2 继承在软件开发中的重要意义

缩短软件开发过程的关键是鼓励软件的重用。继承机制在很大一部分上解决了这个问题。编写面向对象的程序时要把注意力放在实现对自己有用的类上面，对已有的类加以整理和分类，进行剪裁和修改，并在此基础上集中精力编写派生类新增加的部分。

人们为什么这么看重继承，要求在软件开发中使用继承机制，尽可能的通过继承建立一批新的类，有以下几个原因：

（1）有许多基类是被程序的其他部分或其他程序使用的，这些程序要求保持原有的基类不受破坏。

（2）用户往往得不到基类的源代码。如果使用的类库，用户无法知道成员函数的代码，因此也就无法对基类进行修改，保证了基类的安全。

（3）在类库中，一个基类可能已被指定与用户所需的多种组建有联系，因此类库不允许被修改。

（4）许多类是专门被设计为基类的，并没有什么独立的功能，只是一个框架，或者说是抽象类。设计这些通用的类目的是建立通用的数据结构，以便用户在此基础上添加各种功能建立派生类。