C++教程:C++類和對象的繼承

2020-05-23 14:25:39

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在前面的章節，我們學會了如何編寫一個完整的類。然而，面向對象的優勢還沒有被完全體現出來。特別是在編寫一些相似的類時，可能會造成很多的浪費。本章就將以一個文字游戲為例，向大家介紹類的繼承問題。

劍士·弓箭手·法師的困惑

在一個角色扮演類游戲（RPG）中，可能有各種不同職業的玩家，比如劍士、弓箭手和法師。雖然他們的職業不同，卻有著一些相似之處：他們都具有生命值（Health Point——HP）、魔法值（Magic Point——MP）、攻擊力（Attack Point——AP）、防御力（Defense Point——DP）、經驗值（Experience——EXP）和等級（Level——LV）。雖然他們有著相似之處，但又不完全相同：劍士和弓箭手都具有普通攻擊的技能，只不過劍士用的是劍，而弓箭手用的是弓箭。

這樣看來，我們有麻煩了。如果只用一個類來描述三種不同職業的玩家，肯定無法描述清楚。畢竟這三種職業不是完全相同的。如果用三個類來描述這三種職業，那么三者的共同點和內在聯系就無法體現出來，并且還造成了相同屬性和功能的重復開發。

我們需要有一種好的方法，既能把劍士、弓箭手和法師的特點描述清楚，又能減少重復的開發和冗余的代碼。在C++中，有一種稱為繼承的方法，使我們可以用一種已經編寫好的類來擴寫成一個新的類。新的類具有原有類的所有屬性和操作，也可以在原有類的基礎上作一些修改和增補。繼承實質上是源于人們對事物的認知過程：從抽象概念到具體事物。下面我們就來看看劍士、弓箭手和法師的邏輯關系：

在上圖中玩家是一個抽象的概念，劍士、弓箭手和法師是具體的事物。任何一個玩家都具有生命值、魔法值等屬性，具有發動普通攻擊和特殊攻擊的能力。不同職業的玩家在發動普通攻擊和特殊攻擊時，有著不同的效果。

如果你不太玩游戲，或者對劍士、弓箭手沒有什么概念，那么我們再來看看學生這個例子。學生是一個抽象的概念，具體的有本科生、中學生、小學生等。任何一個學生都具有姓名、身高、體重、性別等屬性，具有學習的能力。不同階段的學生在學習時，內容會有所不同。小學生學習四則運算，中學生學習代數幾何，本科生學習高等數學。如下圖：

為了描寫小學生、中學生、本科生，我們可以寫三個不同的類，但是會造成部分屬性和功能的重復開發。我們也可以先設計一個學生類，描述出各種學生的共同屬性或功能，然后再針對不同種類的學生做細節的修改。顯然，第二種做法更為省力、合理。

面向對象的繼承性

如果有一個類，我們可以將其實例化，成為若干個對象。另外，如果我們希望對這個類加以升級改造，我們可以將這個類繼承，形成子類（或者稱為派生類），被繼承的類則稱為父類（或者稱為基類）。實例化和繼承是一個類的兩種發展方向。繼承能夠減少我們開發程序的工作量，提高類的重用性。

如果我們把編寫一個類看作是一次生產，那么產品（即編寫出來的類）可以有兩種用途：一種是將產品直接使用，相當于將類實例化；另一種是將產品用于再生產，相當于將類繼承。類在這種不斷的“再生產”中變得更為強大、健全。
在第15章中，我們曾將鏈表結點類的實例對象作為鏈表類的成員數據。這稱為對象的組合，它與類的繼承也是完全不同的概念。繼承（Inheritance）是概念的延續，子類和父類一般都是概念擴展的關系，我們通常把這種關系稱為“是”關系。比如：本科生是學生，自行車是交通工具。而對象的組合是因功能需求產生的從屬關系，我們通常把這種關系稱為“有”關系。比如：鏈表有一個頭結點，電腦有一個中央處理器等等。

關于如何更合理地設置類以及類與類之間關系的問題，會在軟件工程這門課中作更詳盡的介紹。

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