解析C++编程中的继承方面的运用
C++继承与组合详解
我们知道,在一个类中可以用类对象作为数据成员,即子对象(详情请查看:C++有子对象的派生类的构造函数)。实际上,对象成员的类型可以是本派生类的基类,也可以是另外一个已定义的类。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(composition)。
例如,声明Professor(教授)类是Teacher(教师)类的派生类,另有一个类BirthDate(生日),包含year,month,day等数据成员。可以将教授生日的信息加入到Professor类的声明中。如:
classTeacher//教师类 { public: //SomeCode private: intnum; stringname; charsex; }; classBirthDate//生日类 { public: //SomeCode private: intyear; intmonth; intday; }; classProfessor:publicTeacher//教授类 { public: //SomeCode private: BirthDatebirthday;//BirthDate类的对象作为数据成员 };
类的组合和继承一样,是软件重用的重要方式。组合和继承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,它是一种“是”的关系,如“白猫是猫”,“黑人是人”,派生类是基类的具体化实现,是基类中的一种。通过组合建立了成员类与组合类(或称复合类)的关系,在本例中BirthDate是成员类,Professor是组合类(在一个类中又包含另一个类的对象成员)。它们之间不是‘‘是”的关系,而是“有”的关系。不能说教授(Professor)是一个生日(BirthDate),只能说教授(Professor)有一个生日(BirthDate)的属性。
Professor类通过继承,从Teacher类得到了num,name,age,sex等数据成员,通过组合,从BirthDate类得到了year,month,day等数据成员。继承是纵向的,组合是横向的。
如果定义了Professor对象prof1,显然prof1包含了生日的信息。通过这种方法有效地组织和利用现有的类,大大减少了工作量。如果有
voidfun1(Teacher&); voidfun2(BirthDate&);
在main函数中调用这两个函数:
fun1(prof1);//正确,形参为Teacher类对象的引用,实参为Teacher类的子类对象,与之赋值兼容 fun2(prof1.birthday);//正确,实参与形参类型相同,都是BirthDate类对象 fun2(prof1);//错误,形参要求是BirthDate类对象,而prof1是Professor类型,不匹配
如果修改了成员类的部分内容,只要成员类的公用接口(如头文件名)不变,如无必要,组合类可以不修改。但组合类需要重新编译。
继承在软件开发中的重要意义
继承是面向对象技术的重要内容,有了继承,使软件的重用成为可能。
过去,软件人员开发新的软件,能从已有的软件中直接选用完全符合要求的部件不多,一般都要进行许多修改才能使用,实际上有相当部分要重新编写,工作童很大。缩短软件开发过程的关键是鼓励软件重用。继承机制解决了这个问題。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,在此基础上集中精力编写派生类新增加的部分,使这些类能够被程序设计的许多领域使用。继承是C++和C的蟑重要的区别之一。
由于C++提供了继承的机制,这就吸引了许多厂商开发各类实用的类库。用户将它们作为基类去建立适合于自己的类(即派生类),并在此基础上设计自己的应用程序。类库的出现使得软件的重用更加方便,现在有一些类库是随着C++编译系统卖给用户的。读者不要认为类库是C++编译系统的一部分。不同的C++编译系统提供的由不同厂商开发的类库一般是不同的。在一个C++编译系统环境下利用类库开发的稈序,在另一种C++编译系统环境下可能不能工作,除非把类库也移植过去。考虑到广大用户的情况,目前随C++编译系统提供的类库是比较通用的,但它的针对性和实用范围也随之受到限制。随着C++在全球的迅速推广,在世界范围内开发用于各个领域的类库的工作正日益兴旺。
对类库中类的声明一般放在头文件中,类的实现(函数的定义部分)是单独编译的,以目标代码形式存放在系统某一目录下。用户使用类库时,不需要了解源代码,但必须知道头文件的使用方法和怎样去连接这些目标代码(在哪个子目录下),以便源程序在编译后与之连接。
由于基类是单独编译的,在程序编译时只需对派生类新增的功能进行编译,这就大大提高了调试程序的效率。如果在必要时修改了基类,只要基类的公用接口不变,派生类不必修改,但基类需要重新编译,派生类也必须重新编译,否则不起作用。
那么,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,尽可能地通过继承建立一批新的类?为什么不是将已有的类加以修改,使之满足自己应用的要求呢?
归纳起来,有以下几个原因:
有许多基类是被程序的其他部分或其他程序使用的,这些程序要求保留原有的基类不受破坏。使用继承是建立新的数据类型,它继承了基类的所有特征,但不改变基类本身。基类的名称、构成和访问属性丝毫没有改变,不会影响其他程序的使用。
用户往往得不到基类的源代码。如果想修改已有的类,必须掌握类的声明和类的实现(成员函数的定义)的源代码。但是,如果使用类库,用户是无法知道成员函数的代码的,因此也就无法对基类进行修改。
在类库中,一个基类可能已被指定与用户所需的多种组件建立了某种关系,因此在类库中的基类是不容许修改的(即使用户知道了源代码,也决不允许修改)。
实际上,许多基类并不是从已有的其他程序中选取来的,而是专门作为基类设计的。有些基类可能并没有什么独立的功能,只是一个框架,或者说是抽象类。人们根据需要设计了一批能适用于不同用途的通用类,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,从而建立各种功能的派生类。
在面向对象程序设计中,需要设计类的层次结构,从最初的抽象类出发,每一层派生类的建立都逐步地向着目标的具体实现前进,换句话说,是不断地从抽象到具体的过程。每一层的派生和继承都需要站在整个系统的角度统一规划,精心组织。