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：

   1: A a1 ;     //定义基类A对象a1

   2: B b1 ;     //定义公用派生类B的对象b1

   3: a1 = b1 ;   //用派生类B的对象b1对基类对象a1赋值

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：

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

   2: b1.age = 21 ;   //正确，b1中包含派生类中增加的成员

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：

   1: A a1 ;           //定义基类A对象a1

   2: B b1 ;         //定义公用派生类B对象b1

   3: A& r = a1 ;    //定义基类A对象的引用r，并用a1对其初始化

   4: //也可以将上面最后一行改为

   5: 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

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：

   1: void fun ( A& r )                //形参是A类对象的引用

   2: {

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

   4: }

   5: B b1 ;                           //定义公用派生类的对象b1

   6: fun( b1 ) ;                      //输出B对象b1的基类的数据成员num的值

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：

   1: #include <iostream>

   2: #include <string>

   3: using namespace std ;

   4:  

   5: class Student                                //声明Student类

   6: {

   7: public:

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

   9:     void display();                          //声明输出函数

  10: private:

  11:     int num ;

  12:     string name ;

  13:     float score ;

  14: };

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

  16: {

  17:     num = n ;

  18:     name = nam ;

  19:     score = s ;

  20: }

  21: void Student::display()                           //定义输出函数

  22: {

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

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

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

  26: }

  27:  

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

  29: {

  30: public:

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

  32:     void display() ;                           //声明输出函数

  33: private：

  34:     float wage ；

  35: };

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

  37:                     , wage( w ) {}            //定义构造函数

  38: void Graduate::display()                      //定义输出函数

  39: {

  40:     Student::display() ; 

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

  42: }

  43:  

  44: int main()

  45: {

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

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

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

  49:     pt->display() ;                           //调用stud1.display函数

  50:     pt = &grad1 ;                            //指针指向grad1

  51:     pt->display() ;                          //调用grad1.display函数

  52:  

  53:     return 0 ;

  54: }

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：

   1: class Teacher                    //声明教师类

   2: {

   3: public:

   4:     ...

   5: private: 

   6:     int num ;

   7:     string name ;

   8:     char sex ;

   9: };

  10:  

  11: class Birthdate                  //声明生日类

  12: {

  13: public:

  14:     ...

  15: private:

  16:     int year ;

  17:     int month ;

  18:     int day ;

  19: };

  20:  

  21: class Professor : public Teacher   //声明教授类

  22: {

  23: public:

  24:     ...

  25: private:

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

  27: };

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。