r12-06.pdf

Rozdział 12.

Dziedziczenie

W poprzednim rozdziale poznałeś wiele relacji związanych z projektowaniem obiektowym, m.in.

relację specjalizacji/generalizacji. Język C++ implementuje ją poprzez dziedziczenie.

Z tego rozdziału dowiesz się:

• czym jest dziedziczenie,

• w jaki sposób wyprowadzać klasę z innej klasy,

• czym jest dostęp chroniony i jak z niego korzystać,

• czym są funkcje wirtualne.

Czym jest dziedziczenie?

Czym jest pies? Co widzisz, gdy patrzysz na swoje zwierzę? Ja widzę cztery łapy i pysk. Biolodzy

widzą sieć interesujących organów, fizycy — atomy i różnorodne siły, zaś taksonom widzi

przedstawiciela gatunku canine domesticus .

Skupmy się na tym ostatnim przypadku. Pies jest przedstawicielem psowatych, psowate są

przedstawicielami ssaków, i tak dalej. Taksonomowie dzielą świat żywych stworzeń na królestwa,

typy, klasy, rzędy, rodziny, rodzaje i gatunki.

Hierarchia specjalizacji/generalizacji ustanawia relację typu jest-czymś . Homo sapiens jest

przedstawicielem naczelnych. Taką relację widzimy wszędzie: wóz kempingowy jest rodzajem

samochodu, który z kolei jest rodzajem pojazdu. Budyń jest rodzajem deseru, który jest rodzajem

pożywienia.

Gdy mówimy, że coś jest rodzajem czegoś innego, zakładamym że stanowi to specjalizację tej

rzeczy. Samochód jest zatemspecjalnym rodzajem pojazdu.

Dziedziczenie i wyprowadzanie

Pies dziedziczy — to jest, automatycznie otrzymuje — wszystkie cechy ssaka. Ponieważ jest

ssakiem, porusza się i oddycha powietrzem. Wszystkie ssaki, z definicji, poruszają się i oddychają.

Pies wzbogaca te elementy o cechy takie jak, szczekanie, machanie ogonem, zjadanie dopiero co

ukończonego rozdziału mojej książki, warczenie, gdy próbuję zasnąć... Przepraszam. Gdzie

skończyłem? A, wiem:

Psy możemy podzielić na psy przeznaczone do pracy, psy do sportów i teriery, zaś psy do sportów

możemy podzielić na psy myśliwskie, spaniele i tak dalej. Można także dokonywać dalszego

podziału, na przykład psy myśliwskie można podzielić na labradory czy goldeny.

Golden jest rodzajem psa myśliwskiego, który jest psem do sportów, należącego do rodzaju psów,

czyli będącego ssakiem, a więc zwierzęciem, czyli rzeczą żywą. Tę hierarchię przedstawia rysunek

12.1.

Rys. 12.1. Hierarchia zwierząt

C++ próbuje reprezentować te relacje, umożliwiając nam definiowanie klas, które są

wyprowadzane z innych klas. Wyprowadzanie jest sposobem wyrażenia relacji typu jest-czymś .

Nową klasę, Dog (pies), można wyprowadzić z klasy Mammal (ssak). Nie musimy wtedy wyraźnie

mówić, że pies porusza się, gdyż dziedziczy tę cechę od ssaków.

Klasa dodająca nowe właściwości do istniejącej już klasy jest wyprowadzona z klasy pierwotnej.

Ta pierwotna klasa jest nazywana klasą bazową .

Jeśli klasa Dog jest wyprowadzona z klasy Mammal , oznacza to, że klasa Mammal jest klasą bazową

(nadrzędną) klasy Dog . Klasy wyprowadzone (pochodne) stanową nadzbiór swoich klas

bazowych. Pies przejmuje swoje cechy od ssaków, tak klasa Dog przejmie pewne metody lub dane

klasy Mammal .

Zwykle klasa bazowa posiada więcej niż jedną klasę pochodną. Ponieważ zarówno psy, jak i koty

oraz konie są ssakami, więc ich zostały były wyprowadzone z klasy Mammal .

Królestwo zwierząt

Aby ułatwić przedstawienie procesu dziedziczenia i wyprowadzania, w tym rozdziale skupimy się

na związkach pomiędzy różnymi klasami reprezentującymi zwierzęta. Możesz sobie wyobrazić, że

bawimy się w dziecięcą grę — symulację farmy.

Opracujemy cały zestaw zwierząt, obejmujący konie, krowy, psy, koty, owce, itd. Stworzymy

metody dla tych klas, aby zwierzęta mogły funkcjonować tak, jak oczekiwałoby tego dziecko, ale

na razie każdą z tych metod zastąpimy zwykłą instrukcją wydruku.

Minimalizowanie funkcji (czyli pozostawienie tylko jej szkieletu) oznacza, że napiszemy tylko

tyle kodu, ile wystarczy do pokazania, że funkcja została wywołana. Szczegóły pozostawimy na

później, gdy będziemy mieć więcej czasu. Jeśli tylko masz ochotę, możesz wzbogacić minimalny

kod zaprezentowany w tym rozdziale i sprawić, by zwierzęta zachowywały się bardziej

realistycznie.

Składnia wyprowadzania

Gdy deklarujesz klasę, możesz wskazać klasę, od której pochodzi, zapisując po nazwie tworzonej

klasy dwukropek, rodzaj wyprowadzania (publiczny lub inny) oraz klasę bazową. Oto przykład:

class Dog : public Mammal

Rodzaj wyprowadzania opiszemy w dalszej części rozdziału. Na razie będziemy używać

wyprowadzania publicznego (oznaczonego słowem kluczowym public ). Klasa bazowa musi być

zdefiniowana wcześniej, gdyż w przeciwnym razie kompilator zgłosi błąd. Listing 12.1 ilustruje

sposób deklarowania klasy Dog , wyprowadzonej z klasy Mammal .

Listing 12.1. Proste dziedziczenie

0: //Listing 12.1 Proste dziedziczenie

2: #include <iostream>

3: using namespace std;

5: enum BREED { GOLDEN, CAIRN, DANDIE, SHETLAND, DOBERMAN, LAB };

7: class Mammal

8: {

9: public:

10: // konstruktory

11: Mammal();

12: ~Mammal();

13:

14: //akcesory

15: int GetAge() const;

16: void SetAge(int);

17: int GetWeight() const;

18: void SetWeight();

19:

20: //inne metody

21: void Speak() const;

22: void Sleep() const;

23:

24:

25: protected:

26: int itsAge;

27: int itsWeight;

28: };

29:

30: class Dog : public Mammal

31: {

32: public:

33:

34: // konstruktory

35: Dog();

36: ~Dog();

37:

38: // akcesory

39: BREED GetBreed() const;

40: void SetBreed(BREED);

41:

42: // inne metody

43: WagTail();

44: BegForFood();

45:

46: protected:

47: BREED itsBreed;

48: };

Ten kod nie wyświetla wyników, gdyż zawiera jedynie zestaw deklaracji klas (bez ich

implementacji). Mimo to można w nim wiele zobaczyć.

Analiza

W liniach od 7. do 28. deklarowana jest klasa Mammal (ssak). Zwróć uwagę, że w tym przykładzie

klasa Mammal nie jest wyprowadzana z żadnej innej klasy. W realnym świecie ssaki pochodzą od

(to znaczy, że są rodzajem) zwierząt. W programie C++ możesz zaprezentować jedynie część

informacji, które posiadasz na temat danego obiektu. Rzeczywistość jest zdecydowanie zbyt

skomplikowana, aby uchwycić ją w całości, więc każda hierarchia w C++ jest umowną

reprezentacją dostępnych danych. Sztuka dobrego projektowania polega na reprezentowaniu

interesujących nas obszarów tak, aby reprezentowały rzeczywistość w możliwie najlepszy sposób.

Hierarchia musi się gdzieś zaczynać; w tym programie rozpoczyna się od klasy Mammal . Z

powodu tego, pewne zmienne składowe, które mogły należeć do wyższej klasy, nie są tu

reprezentowane. Wszystkie zwierzęta z pewnością posiadają na przykład wagę i wiek, więc jeśli

klasa Mammal byłaby wyprowadzona z klasy Animal (zwierzę), moglibyśmy oczekiwać, że

dziedziczy te atrybuty. Jednak w naszym przykładzie atrybuty te występują w klasie Mammal .

Aby zachować niewielką i spójną postać programu, w klasie Mammal zostało umieszczonych

jedynie sześć metod — cztery akcesory oraz metody Speak() (mówienie) i Sleep() (spanie).

Klasa Dog (pies) dziedziczy po klasie Mammal , co wskazuje linia 30. Każdy obiekt typu Dog

będzie posiadał trzy zmienne składowe: itsAge (wiek), itsWeight (waga) oraz itsBread

(rasa). Zwróć uwagę, że deklaracja klasy Dog nie obejmuje zmiennych składowych itsAge oraz

itsWeight . Obiekty klasy Dog dziedziczą te zmienne od klasy Mammal , razem z metodami tej

klasy (z wyjątkiem operatora kopiującego oraz destruktora i konstruktora).

Prywatne kontra chronione

Być może w liniach 25. i 46. listingu 12.1 zauważyłeś nowe słowo kluczowe dostępu, protected

(chronione). Wcześniej dane klasy były deklarowane jako prywatne. Jednak prywatne składowe

nie są dostępne dla klas pochodnych. Moglibyśmy uczynić zmienne itsAge i itsWeight

składowymi publicznymi, ale nie byłoby to pożądane. Nie chcemy, by inne klasy mogły

bezpośrednio odwoływać się do tych danych składowych.

UWAGA Istnieje powód, by wszystkie dane składowe klasy oznaczać jako prywatne, a nie jako

chronione. Powód ten przedstawił Stroustrup (twórca języka C++) w swojej książce The Design

and Evolution of C++ , ISBN 0-201-543330-3, Addison Wesley, 1994. Metody chronione nie są

jednak uważane za kłopotliwe i mogą być bardzo użyteczne.

Potrzebujemy teraz oznaczenia, które mówi: „Uczyń te zmienne widocznymi dla tej klasy i dla

klas z niej wyprowadzonych”. Takim oznaczeniem jest właśnie słowo kluczowe protected —

chroniony. Chronione funkcje i dane składowe są w pełni widoczne dla klas pochodnych i nie są

dostępne dla innych klas.

Istnieją trzy specyfikatory dostępu: publiczny ( public ), chroniony ( protected ) oraz private

(prywatny). Jeśli funkcja posiada obiekt twojej klasy, może odwoływać się do wszystkich jej

publicznych funkcji i danych składowych. Z kolei funkcje składowe klasy mogą odwoływać się do

wszystkich prywatnych funkcji i danych składowych swojej własnej klasy, oraz do wszystkich

chronionych funkcji i danych składowych wszystkich klas, z których ich klasa jest wyprowadzona.

Tak więc, funkcja Dog::WagTail() (macha ogonem) może odwoływać się do prywatnej danej

itsBreed oraz do prywatnych danych klasy Mammal .

Nawet gdyby pomiędzy klasą Mammal , a klasą Dog występowały inne klasy (na przykład

DomesticAnimals — zwierzęta domowe), klasa Dog w dalszym ciągu mogłaby się odwoływać

do prywatnych składowych klasy Mammal , zakładając że wszystkie inne klasy używałyby

dziedziczenia publicznego. Dziedziczenie prywatne zostanie omówione w rozdziale 16.,

„Dziedziczenie zaawansowane”.

Listing 12.2 przedstawia sposób tworzenia obiektów typu Dog oraz dostępu do danych i funkcji

zawartych w tym typie.

Listing 12.2. Użycie klasy wyprowadzonej

0: //Listing 12.2 Użycie klasy wyprowadzonej

2: #include <iostream>

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: