25-公有继承的考虑因素

13.8.3　公有继承的考虑因素

通常，在程序中使用继承时，有很多问题需要注意。下面来看其中的一些问题。

1．is-a关系

要遵循is-a关系。如果派生类不是一种特殊的基类，则不要使用公有派生。例如，不应从Brain类派生出Programmer类。如果要指出程序员有大脑，应将Brain类对象作为Programmer类的成员。

在某些情况下，最好的方法可能是创建包含纯虚函数的抽象数据类，并从它派生出其他的类。

请记住，表示is-a关系的方式之一是，无需进行显式类型转换，基类指针就可以指向派生类对象，基类引用可以引用派生类对象。另外，反过来是行不通的，即不能在不进行显式类型转换的情况下，将派生类指针或引用指向基类对象。这种显式类型转换（向下强制转换）可能有意义，也可能没有，这取决于类声明（参见图13.4）。

2．什么不能被继承

构造函数是不能继承的，也就是说，创建派生类对象时，必须调用派生类的构造函数。然而，派生类构造函数通常使用成员初始化列表语法来调用基类构造函数，以创建派生对象的基类部分。如果派生类构造函数没有使用成员初始化列表语法显式调用基类构造函数，将使用基类的默认构造函数。在继承链中，每个类都可以使用成员初始化列表将信息传递给相邻的基类。C++11新增了一种让您能够继承构造函数的机制，但默认仍不继承构造函数。

析构函数也是不能继承的。然而，在释放对象时，程序将首先调用派生类的析构函数，然后调用基类的析构函数。如果基类有默认析构函数，编译器将为派生类生成默认析构函数。通常，对于基类，其析构函数应设置为虚的。

赋值运算符是不能继承的，原因很简单。派生类继承的方法的特征标与基类完全相同，但赋值运算符的特征标随类而异，这是因为它包含一个类型为其所属类的形参。赋值运算符确实有一些有趣的特征，下面介绍它们。

3．赋值运算符

如果编译器发现程序将一个对象赋给同一个类的另一个对象，它将自动为这个类提供一个赋值运算符。这个运算符的默认或隐式版本将采用成员赋值，即将原对象的相应成员赋给目标对象的每个成员。然而，如果对象属于派生类，编译器将使用基类赋值运算符来处理派生对象中基类部分的赋值。如果显式地为基类提供了赋值运算符，将使用该运算符。与此相似，如果成员是另一个类的对象，则对于该成员，将使用其所属类的赋值运算符。

正如多次提到的，如果类构造函数使用new来初始化指针，则需要提供一个显式赋值运算符。因为对于派生对象的基类部分，C++将使用基类的赋值运算符，所以不需要为派生类重新定义赋值运算符，除非它添加了需要特别留意的数据成员。例如，baseDMA类显式地定义了赋值，但派生类lackDMA使用为它生成的隐式赋值运算符。

然而，如果派生类使用了new，则必须提供显式赋值运算符。必须给类的每个成员提供赋值运算符，而不仅仅是新成员。HasDMA类演示了如何完成这项工作：

hasDMA & hasDMA::operator=(const hasDMA & hs)
{
    if (this == &hs)
        return *this;
    baseDMA::operator=(hs); // copy base portion
    delete [] style;         // prepare for new style
    style = new char[std::strlen(hs.style) + 1];
    std::strcpy(style, hs.style);
    return *this;
}

将派生类对象赋给基类对象将会如何呢？（注意，这不同于将基类引用初始化为派生类对象。）请看下面的例子：

Brass blips;                                               // base class
BrassPlus snips("Rafe Plosh", 91191,3993.19, 600.0, 0.12); // derived class
blips = snips;                           // assign derived object to base object

这将使用哪个赋值运算符呢？赋值语句将被转换成左边的对象调用的一个方法：

blips.operator=(snips);

其中左边的对象是Brass对象，因此它将调用Brass ::operator =（const Brass &）函数。is-a关系允许Brass引用指向派生类对象，如Snips。赋值运算符只处理基类成员，所以上述赋值操作将忽略Snips的maxLoan成员和其他BrassPlus成员。总之，可以将派生对象赋给基类对象，但这只涉及基类的成员。

相反的操作将如何呢？即可以将基类对象赋给派生类对象吗？请看下面的例子：

Brass gp("Griff Hexbait", 21234, 1200); // base class
BrassPlus temp;                              // derived class
temp = gp; // possible?

上述赋值语句将被转换为如下所示：

temp.operator=(gp);

左边的对象是BrassPlus对象，所以它调用BrassPlus ::operator=（const BrassPlus &）函数。然而，派生类引用不能自动引用基类对象，因此上述代码不能运行，除非有下面的转换构造函数：

BrassPlus(const Brass &);

与BrassPlus类的情况相似，转换构造函数可以接受一个类型为基类的参数和其他参数，条件是其他参数有默认值：

BrassPlus(const Brass & ba, double ml = 500, double r = 0.1);

如果有转换构造函数，程序将通过它根据gp来创建一个临时BrassPlus对象，然后将它用作赋值运算符的参数。

另一种方法是，定义一个用于将基类赋给派生类的赋值运算符：

BrassPlus & BrassPlus ::operator=(const Brass &) {...}

该赋值运算符的类型与赋值语句完全匹配，因此无需进行类型转换。

总之，问题“是否可以将基类对象赋给派生对象？”的答案是“也许”。如果派生类包含了这样的构造函数，即对将基类对象转换为派生类对象进行了定义，则可以将基类对象赋给派生对象。如果派生类定义了用于将基类对象赋给派生对象的赋值运算符，则也可以这样做。如果上述两个条件都不满足，则不能这样做，除非使用显式强制类型转换。

4．私有成员与保护成员

对派生类而言，保护成员类似于公有成员；但对于外部而言，保护成员与私有成员类似。派生类可以直接访问基类的保护成员，但只能通过基类的成员函数来访问私有成员。因此，将基类成员设置为私有的可以提高安全性，而将它们设置为保护成员则可简化代码的编写工作，并提高访问速度。Stroustrup在其《The Design and Evolution of C++》一书中指出，使用私用数据成员比使用保护数据成员更好，但保护方法很有用。

5．虚方法

设计基类时，必须确定是否将类方法声明为虚的。如果希望派生类能够重新定义方法，则应在基类中将方法定义为虚的，这样可以启用晚期联编（动态联编）；如果不希望重新定义方法，则不必将其声明为虚的，这样虽然无法禁止他人重新定义方法，但表达了这样的意思：您不希望它被重新定义。

请注意，不适当的代码将阻止动态联编。例如，请看下面的两个函数：

void show(const Brass & rba)
{
    rba.ViewAcct();
    cout << endl;
}
void inadequate(Brass ba)
{
    ba.ViewAcct();
    cout << endl;
}

第一个函数按引用传递对象，第二个按值传递对象。

现在，假设将派生类参数传递给上述两个函数：

BrassPlus buzz("Buzz Parsec", 00001111, 4300);
show(buzz);
inadequate(buzz);

show()函数调用使rba参数成为BrassPlus对象buzz的引用，因此，rba.ViewAcct()被解释为BrassPlus版本，正如应该的那样。但在inadequate()函数中（它是按值传递对象的），ba是Brass（const Brass &）构造函数创建的一个Brass对象（自动向上强制转换使得构造函数参数可以引用一个BrassPlus对象）。因此，在inadequate()中，ba.ViewAcct()是Brass版本，所以只有buzz的Brass部分被显示。

6．析构函数

正如前面介绍的，基类的析构函数应当是虚的。这样，当通过指向对象的基类指针或引用来删除派生对象时，程序将首先调用派生类的析构函数，然后调用基类的析构函数，而不仅仅是调用基类的析构函数。

7．友元函数

由于友元函数并非类成员，因此不能继承。然而，您可能希望派生类的友元函数能够使用基类的友元函数。为此，可以通过强制类型转换将，派生类引用或指针转换为基类引用或指针，然后使用转换后的指针或引用来调用基类的友元函数：

ostream & operator<<(ostream & os, const hasDMA & hs)
{
// type cast to match operator<<(ostream & , const baseDMA &)
   os << (const baseDMA &) hs;
   os << "Style: " << hs.style << endl;
   return os;
}

也可以使用第15章将讨论的运算符dynamic_cast<>来进行强制类型转换：

os << dynamic_cast<const baseDMA &> (hs);

鉴于第15章将讨论的原因，这是更佳的强制类型转换方式。

8．有关使用基类方法的说明

以公有方式派生的类的对象可以通过多种方式来使用基类的方法。

• 派生类对象自动使用继承而来的基类方法，如果派生类没有重新定义该方法。
• 派生类的构造函数自动调用基类的构造函数。
• 派生类的构造函数自动调用基类的默认构造函数，如果没有在成员初始化列表中指定其他构造函数。
• 派生类构造函数显式地调用成员初始化列表中指定的基类构造函数。
• 派生类方法可以使用作用域解析运算符来调用公有的和受保护的基类方法。
• 派生类的友元函数可以通过强制类型转换，将派生类引用或指针转换为基类引用或指针，然后使用该引用或指针来调用基类的友元函数。