Иерархия и наследование

 Говоря о собаке, как представителе класса млекопитающих, мы подразумеваем, что она наследует все признаки, общие для класса млекопитающих. Поскольку собака — млекопитающее, можно предположить, что это подвижный вид животных, дышащих воздухом. Все млекопитающие по определению двигаются и дышат воздухом. Если определить некий объект как собаку, это добавит к объявлению способность вилять хвостом, грызть рукопись книги, которую я как раз собрался нести в редакцию, бегать по дому и лаять, когда я сплю... о извините, куда меня занесло! Ну так вот, продолжим.

В свою очередь, собак можно разделить на служебных, спортивных и охотничьих. Потом можно пойти дальше и описать породу собаки: спаниель, лабрадор и т.д.

Таким образом, мы можем сказать, например, что фокстерьер — это порода охотничьих собак, в которой представлены все признаки, общие для собак вообще, а также все признаки, общие для млекопитающих и т.д., включая признаки всех таксонов, к которым относится фокстерьер. Пример такой иерархии показан на рис. 11.1, где стрелками связаны категории более низкого уровня с категориям следующего порядка.

Рис. 11.1. Иерархия млекопитающих

В C++ иерархичность реализована в концепции классов, где один класс может происходить, или наследоваться от класса более высокого уровня. В наследовании классов реализуются принципы их иерархической подчиненности. Предположим, мы производим новый класс Dog (Собака) от класса Mammal (Млекопитающее). Другими словами, класс Mammal является базовым для класса Dog. Точно так же, как описание вида собака несет в себе признаки, детализирующие описание млекопитающих в целом, так и класс Dog содержит ряд методов и данных, дополняющих методы и данные, которые представлены в классе Mammal.

Как правило, с базовым классом связано несколько производных классов. Поскольку собаки, кошки и лошади являются представителями млекопитающих, то с точки зрения C++ можно сказать, что все эти классы произведены от класса Mammal.

Царство животных

Чтобы более наглядно раскрыть смысл наследования классов, рассмотрим эту тему на примере отношений между многочисленными представителями животного мира. Представим себе, что программисту, поступил заказ на создание детской игры " Ферма" .

Когда вы приступите к созданию животных, обитающих на ферме, включая лошадей, коров, собак, кошек, овец и т.д., вам потребуется снабдить каждый их класс такими методами, благодаря которым они смогут вести себя на экране так, как этого ожидает ребенок. Но на данном этапе каждый метод снабжен только функцией вывода на печать. Это общая практика программирования, когда сначала выполняется только формулировка набора методов, а детальная проработка их откладывается на потом. Вы вправе использовать все примеры программ, приведенные в этой главе, как основу для дальнейшей доработки с тем, чтобы все животные вели себя так, как вам хочется.

Синтаксис наследования классов

Для создания нового производного класса используется ключевое слово class, после которого указывается имя нового класса, двоеточие, тип объявления класса (public или какой-нибудь другой), а затем имя базового класса, как в следующем примере:

class Dog : public Mammal

Типы наследования классов рассматриваются далее в этой книге. Пока будем использовать только открытое наследование. Класс, из которого производится новый класс, должен быть объявлен раньше, иначе компилятор покажет сообщение об ошибке. Пример наследования класса Dog от класса Mammal показан в листинге 11.1.

Листинг 11.1. Простое наследование

1: //Листинг 11.1. Простое наследование

2:

3: #include <iostream.h>

4: enum BREED { GOLDEN, CAIRN, DANDIE, SHETLAND, 00BERMAN, LAB }

5:

6: class Mammal

7: {

8:    public:

9:       // Конструкторы

10:      Mammal();

11:      ~Mammal();

12:

13:      // Методы доступа к данным

14:      int GetAge()const;

15:      void SetAge(int);

16:      int GetWeight() const;

17:      void SetWeight();

18:

19:      // Другие методы

20:      void Speak() const;

21:      void Sleep() const;

22:

23:

24:   protected:

25:      int itsAge;

26:      int itsWeight;

27: };

28:

29: class Dog : public Mammal

30: {

31:    public:

32:

33:       // Конструкторы

34:       Dog();

35:       ~Dog();

36:

37:       // Методы доступа к данным

38:       BREED GetBreed() const;

39:       void SetBreed(BREED);

40:

41:       // Другие методы

42:       WagTail();

43:       BegForFood();

44:

45:    protected:

46:       BREED itsBreed;

47: };

Результат:

Данная программа ничего не выводит на экран, так как пока содержит только объявления и установки классов. Никаких функций эта программа пока не выполняет.

Анализ: Класс Mammal объявляется в строках 6—27. Обратите внимание, что класс Mammal не производится ни от какого другого класса, хотя в реальной жизни можно сказать, что класс млекопитающих производится от класса животных. Но в C++ всегда отображается не весь окружающий мир, а лишь модель некоторой его части. Действительность слишком сложна и разнообразна, чтобы отобразить ее в одной, даже очень большой программе. Профессионализм состоит в том, чтобы с помощью относительно простой модели воспроизвести объекты, которые будут максимально соответствовать своим реальным эквивалентам.

Иерархическая структура нашего мира берет свое начало неизвестно откуда, но наша конкретная программа начинается с класса Mammal. В связи с этим некоторые переменные-члены, которые необходимы для работы базового класса, должны быть представлены в объявлении этого класса. Например, все животные независимо от вида и породы имеют возраст и вес. Если бы класс Mammal производился от класса Animals, то можно было бы ожидать, что он унаследует эти атрибуты. При этом атрибуты базового класса становятся атрибутами произведенного класса.

Чтобы облегчить работу с программой и ограничить ее сложность разумными рамками, в классе Mammal представлены только шесть методов: четыре метода доступа, а также функции Speak() и Sleep().

В строке 29 класс Dog наследуется из класса Mammal. Все объекты класса Dog будут иметь три переменные-члена: itsAge, itsWeight и itsBreed. Обратите внимание, что в объявлении класса Dog не указаны переменные itsAge и itsWeight. Объекты класса Dog унаследовали эти переменные из класса Mammal вместе с методами, объявленными в классе Mammal, за исключением копировщика, конструктора и деструктора.