C++中繼承與組合的區別
物件和類是C++中的重要內容,物件(Object)是類(Class)的一個例項(Instance)。面向物件設計的重點是類的設計,而不是物件的設計。對於C++程式而言,設計孤立的類是比較容易的,難的是正確設計基類及其派生類。這就和“繼承”(Inheritance)和“組合”(Composition)有重要聯絡了。類的組合和繼承都是軟體重用的重要方式。但二者的概念和用法不同。
繼承描述的是類與類之間的一般與特殊的關係,即如果A是B的一種,則允許A繼承B的功能和屬性。例如汽車是交通工具的一種,小汽車是汽車的一種。那麼汽車類可從交通工具類派生,小汽車類可以從汽車類派生。
組合描述的是類與類之間的整體與部分的關係
class Student //學生類
{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 //生日類
{public:
Date(int y=0, int m=0, int d=0); //建構函式
{ year=y; month=m; day=d; }
…
private:
int year;
int month;
int day;
};
class Graduate: public Student //研究生類
{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類通過繼承,從Student類得到了num,name,sex,age等資料成員,通過組合,從Date類得到了year,month,day等資料成員。繼承是縱向的,組合是橫向的。
如果A是基類,B是A的派生類,那麼B將繼承A的資料和函式。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從A繼承了函式Func1
b.Func2(); // B從A繼承了函式Func2
b.Func3();
b.Func4();
}
這個簡單的示例程式說明了一個事實:C++的“繼承”特性可以提高程式的可複用性。正因為“繼承”太有用、太容易用,才要防止亂用“繼承”。我們應當給“繼承”立一些使用規則。
【規則1】如果類A和類B毫不相關,不可以為了使B的功能更多些而讓B繼承A的功能和屬性。
【規則2】如果類B 有必要使用A 的功能,則要分兩種情況考慮:
(1)若在邏輯上B 是A 的“一種”(a kind of ),則允許B 繼承A 的功能。如男人(Man)是人(Human)的一種,男孩(Boy)是男人的一種。那麼類Man 可以從類Human 派生,類Boy 可以從類Man 派生。示例程式如下:
class Human
{
…
};
class Man : public Human
{
…
};
class Boy : public Man
{
…
};
注意事項
看起來很簡單,但是實際應用時可能會有意外,繼承的概念在程式世界與現實世界並不完全相同。
例如從生物學角度講,鴕鳥(Ostrich)是鳥(Bird)的一種,按理說類Ostrich應該可以從類Bird派生。但是鴕鳥不能飛,那麼Ostrich::Fly是什麼東西?
class Bird
{
public:
virtual void Fly(void);
…
};
class Ostrich : public Bird
{
…
};
例如從數學角度講,圓(Circle)是一種特殊的橢圓(Ellipse),按理說類Circle應該可以從類Ellipse派生。但是橢圓有長軸和短軸,如果圓繼承了橢圓的長軸和短軸,豈非畫蛇添足?
所以更加嚴格的繼承規則應當是:若在邏輯上B是A的“一種”,並且A的所有功能和屬性對B而言都有意義,則允許B繼承A的功能和屬性。
(2)若在邏輯上A是B的“一部分”(a part of),則不允許B從A派生,而是要用A和其它東西組合出B。
例如眼(Eye)、鼻(Nose)、口(Mouth)、耳(Ear)是頭(Head)的一部分,所以類Head應該由類Eye、Nose、Mouth、Ear組合而成,不是派生而成。示例程式如下:
class Eye
{
public:
void Look(void);
};
class Nose
{
public:
void Smell(void);
};
class Mouth
{
public:
void Eat(void);
};
class Ear
{
public:
void Listen(void);
};
// 正確的設計,雖然程式碼冗長。
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組合而成
如果允許Head從Eye、Nose、Mouth、Ear派生而成,那麼Head將自動具有Look、 Smell、Eat、Listen這些功能。
// 功能正確並且程式碼簡潔,但是設計方法不對。
class Head : public Eye, public Nose, public Mouth, public Ear
{
};
上述程式十分簡短並且執行正確,但是這種設計卻是錯誤的。很多程式設計師經不起“繼承”的誘惑而犯下設計錯誤。
“執行正確”的程式不見得是高質量的程式,此處就是一個例證。