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C++類繼承關系問題

Posted on 2007-05-31 13:18 chemz 閱讀(15037) 評論(10)  編輯 收藏 引用 所屬分類: C++
                                 C++類繼承關系問題
    在C++中繼承主要有三種關系:public、protected和private。這三種繼承關系中public
繼承是最為常用的一種繼承關系,代表了接口繼承含義,而他們分別具體代表了什么含義呢?
1. public
   從語義角度上來說,public繼承是一種接口繼承,根據面向對象中的關系而言就是,子類
   可以代替父類完成父類接口所聲明的行為,也就是必須符合“Liskov替換原則(LSP)”,
   此時子類可以自動轉換成為父類的接口,完成接口轉換。
   從語法角度上來說,public繼承會保留父類中成員(包括函數和變量等)的可見性不變,
   也就是說,如果父類中的某個函數是public的,那么在被子類繼承后仍然是public的。
   
2. protected
   從語義角度上來說,protected繼承是一種實現繼承,根據面向對象中的關系而言就是,
   子類不能代替父類完成父類接口所聲明的行為,也就是不符合“Liskov替換原則(LSP)”,
   此時子類不能自動轉換成為父類的接口,就算通過類型轉換(static_cast和dynamic_cast)
   也會得到一個空指針。
   從語法角度上來說,protected繼承會將父類中的public可見性的成員修改成為protected
   可見性,相當于在子類中引入了protected成員,這樣一來在子類中同樣還是可以調用父
   類的protected和public成員,子類的子類就也可以調用被protected繼承的父類的protected
   和public成員。
   例如:
       class CSample1 {
       protected:
           void printProtected() {}
       public:
           void printPublic() {}
       };
       class CSample2 : protected CSample1 {
      
       };
       class CSample3 : public CSample2 {
           void print3() {
               printProtected();
               printPublic();
           }
       };
3. private
   從語義角度上來說,private繼承是一種實現繼承,根據面向對象中的關系而言就是,
   子類不能代替父類完成父類接口所聲明的行為,也就是不符合“Liskov替換原則(LSP)”,
   此時子類不能自動轉換成為父類的接口,就算通過類型轉換(static_cast和dynamic_cast)
   也會得到一個空指針。
   從語法角度上來說,private繼承會將父類中的public和protected可見性的成員修改成為
   private可見性,這樣一來雖然子類中同樣還是可以調用父類的protected和public成員,
   但是在子類的子類就不可以再調用被private繼承的父類的成員了。
       class CSample1 {
       protected:
           void printProtected() {}
       public:
           void printPublic() {}
       };
       class CSample2 : private CSample1 {
      
       };
       class CSample3 : public CSample2 {
           void print3() {
               printProtected(); // 編譯錯誤,不可以調用該函數
               printPublic();    // 編譯錯誤,不可以調用該函數
           }
       };
 
    在面向對象的理論中有兩種概念:接口、實現,所以就出現了所謂的接口繼承和實現繼
承兩種關系。而protected和private就是實現繼承中所要用到的,其實protected和private
兩者則約束繼承時并沒有形成兩種不同的繼承類別,而僅僅只是為了方便C++類方法的傳遞
調用而設計的,其實在java這樣面向對象要求更為嚴格的語言當中,沒有實現繼承,他必須
通過委托方式來完成這一概念,如果熟悉java就會明白,如果一個對象要使用另外一個對象
的接口功能,而自身又不能夠充當該對象所扮演的角色時,就會通過委托來完成,這樣一來
就必須在對象中包含一個委托對象,通過對象調用語法來完成功能;在C++中就可以通過
protected和private繼承來完成java中的委托關系(當然C++也可以形成對象委托關系),
那么這種情況下protected繼承就容許委托可以傳遞(也就是被多級子類調用),而private
繼承是不容許委托被傳遞的。

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2007-05-31 14:16 by walkspeed
透徹。
要是能繼續討論下protected和private繼承類的子類被約束了的訪問所代表的意義就更妙啦。

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2007-05-31 14:57 by chemz
樓上的提的非常好。
在面向對象的理論中有兩種概念:接口、實現,所以就出現了所謂的接口繼承和實現繼承兩種關系。而protected和private就是實現繼承中所要用到的,其實protected和private兩者則約束繼承時并沒有形成兩種不同的繼承類別,而僅僅只是為了方便C++類方法的傳遞調用而設計的,其實在java這樣面向對象要求更為嚴格的語言當中,沒有實現繼承,他必須通過委托方式來完成這一概念,如果熟悉java就會明白,如果一個對象要使用另外一個對象的接口功能,而自身又不能夠充當該對象所扮演的角色時,就會通過委托來完成,這樣一來就必須在對象中包含一個委托對象,通過對象調用語法來完成功能;在C++中就可以通過protected和private繼承來完成java中的委托關系(當然C++也可以形成對象委托關系),那么這種情況下protected繼承就容許委托可以傳遞(也就是被多級子類調用),而private繼承是不容許委托被傳遞的。
區別就這些。

# re: C++類繼承關系問題  回復  更多評論   

2007-05-31 15:33 by walkspeed
在面向對象的理論中有兩種概念:接口、實現,所以就出現了所謂的接口繼承和實現繼承兩種關系。而protected和private就是實現繼承中所要用到的,其實protected和private兩者則約束繼承時并沒有形成兩種不同的繼承類別,而僅僅只是為了方便C++類方法的傳遞調用而設計的。

這段話比較好。理解了接口繼承和實現繼承,對于C++很重要。
接口繼承表明,繼承類與父類有了一樣的接口。
而實現繼承,繼承類和父類有不同的接口。

在C++中并沒有將接口和實現那么明確的分離。所以大家很容易以為C++類中public部分的行為就是接口,其實對于面向對象的概念來說,C++類中public部分的行為并不是接口。

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2007-06-04 14:16 by 看圖軟件
這是面向對象的基礎

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2007-06-07 10:25 by jazz
還有一種繼承 virtual public繼承,這個我一直不是很很明白.比如
class Usable;

class Usable_lock {
friend class Usable;
private:
Usable_lock() {}
Usable_lock(const Usable_lock&) {}
};

class Usable : public virtual Usable_lock {
// ...
public:
Usable();
Usable(char*);
// ...
};

Usable a;

class DD : public Usable { };

DD dd; // error: DD::DD() cannot access
// Usable_lock::Usable_lock(): private member
這是c++作者關于模擬fianl功能的例子。

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2007-06-07 10:38 by chemz
稍后我會寫一篇關于虛繼承和虛基類的文章,解釋你所提到的問題。

# re: C++類繼承關系問題  回復  更多評論   

2007-06-08 11:16 by jazz
謝謝 正關注著。。。

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2007-10-11 17:13 by nothing
public 是is a
private 是 has a

protected應該算是什么呢?

virtual是保持只有一個基類實例

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2007-10-12 08:44 by chemz
樓上提到:
public 是is a
private 是 has a

這個提法是OO概念發展的初期的一種認識,有點過于一般化不能更精確的表達出OO中的實際思想;一般現在的OO理論中將這樣的概念稱之為LSP(Liskov Substitution Principle),意思就是從行為上而言子類因該可以完全替換基類完成基類的行為職責。
public關鍵字在C++中僅僅只是一個語法元素,并不能強制使得采用了public繼承的類體系一定滿足LSP,其中還要看看子類在實現基類的接口行為時是否遵從了LSP原則,否則通過public繼承而來的子類仍然不能稱之為其滿足LSP,當然此時可能能夠滿足is a關系。
至于has a關系在OO中應該理解為composite關系,也就是常說的組合關系,在其他的OO語言中(如:Java)composite僅僅能夠通過包含關系來實現,在C++中則多了一種所謂的實現繼承private,這樣看來private僅僅只是一種特定語言的實現手段而已,代表的OO概念沒有區別。
protected在繼承時又應該是什么呢?其實如上面private具有相同的含義,僅僅只是為了方便C++類方法的傳遞調用而設計的,也是一種composite關系而已。
至于virtual繼承關系請參看 http://www.shnenglu.com/chemz/archive/2007/06/12/26135.html

# re: C++類繼承關系問題  回復  更多評論   

2009-09-02 10:11 by erac
其實個人認為C++的protected、private的實現完全是為了設計模式方面的考慮,再加上基類無法限制子類的繼承關系而進行的一種拓展。在Java中,final可以控制該類不能被繼承,C++沒有這種方式,但是private繼承卻可以限制繼承類的繼承類的訪問控制。鑒于C++出現早于Java,個人認為C++標準的設計人員考慮的的確周到。不過個人覺得也沒有必要非要記得哪種繼承關系就是哪種什么接口繼承和實現繼承。
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