《Effective C++》学习笔记——条款32

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六、继承与面向对象设计
six、Inheritance and Object-Oriented Design


面向对象编程（OOP）几乎流行了两个年代，即使你过去只用C编程，现在也没办法逃脱这个趋势。
本章主要看 C++的OOP与你可能习惯的OOP的不同：
> "继承" 可以使单一继承或多重继承
> 每一个继承连接(link)可以是public，protected or private，也可以是 virtual or non-virtual
> 成员函数的各个选项：virtual？non-virtual？pure virtual？以及成员函数和其他语言特性的交互影响：缺省参数值与virtual函数有什么交互影响。
> 还有一些其他的，比如：继承如何影响C++的名称查找规则？设计选项有哪些？如果class的行为需要修改，virtual函数是最佳选择吗？

除了这些，本章还会解释C++各种不同特性的真正意义。比如：
> "public继承" 意味 "is-a"
> virtual函数 意味 "接口必须被继承";non-virtual函数 意味 "接口和实现都必须被继承"
等等

条款 32：确定你的public继承塑模出is-a关系
Rule 32：Make sure public inheritance models "is-a"



1.public继承 与 is-a
以C++进行面向对象编程，最重要的一个规则是：public inheritance(公开继承)意味"is-a"的关系
如果你令 class D（"Derived")以public形式继承 class B（"Base")，你便是告诉C++编译器（亦或是看你代码的人）——每一个类型为D的对象同时也是一个类型为B的对象，反之则不成立。
例如：

class Person  {  ...  };
class Student : public Person  {  ...  };

上面的代码说明——每个学生都是人，但并非每个人都是学生。这就是is-a。

在C++领域中，任何函数如果期望获得一个类型为Person(或pointer-to-Person或reference-to-Person)的实参，都也愿意接受一个Student对象（或pointer-to-Student或reference-to-Student）：

void eat(const Person& p);    // 任何人都会吃
void study(const Student& s);    // 只有学生才到校学习

Person p;    // p是人
Student s;    // s是学生
eat(p);    // ok,p是人，可以执行吃这个动作
eat(s);    // ok,s是学生，根据is-a，可以执行吃这个动作
study(s);    // ok,s是学生，可以执行到校学习这个动作
study(p);    // no! p是人，并非每个人都可以执行到校学习这个动作

>这个论点只对public继承才成立< 对于private继承，会完全不同，详见条款39，至于protected继承，作者也没搞太明白。。。

2.产生的各种问题
>1 public继承和is-a之间的等价关系听起来非常简单，但有时候可能被误导，比如：企鹅是一种鸟，鸟可以飞，但如果我们用这样的形式来描述这种关系：

class Bird  {
public:
  virtual void fly();    // 鸟可以飞
  ...
};
class Penguin : public Bird  {    // 企鹅是一种鸟
  ...
};

Boom！发生了什么事情？我们的三观何在。。。
显然，这样是错误的，我们不得不承认有数种鸟不会飞。
但如何反应我们的意思呢？
① 就像下面这样的继承体系，更能准确反映出我们的意思：

class Bird  {    
  ...    // 没有声明fly函数
};
class FlyingBird : public Bird  {
public:
  virtual void fly();
  ...
};
class Penguin : public Bird  {
  ...
};

但是，此时这件事就结束了吗？No no no，因为对某些软件系统而言，可能不需要区分会飞的鸟和不会飞的鸟。假如，你的程序对鸟喙和鸟翅更加感兴趣，完全不在乎飞行，那么刚开始的"双class继承体系"或许就可以满足了。
> 这实际上是说明一个事实——世界上并不存在一个"适用于所有软件"的完美设计；所谓的最佳设计，取决于系统希望做什么事。 <
② 对于更加准确反映我们的想法，还有一种方法。为企鹅重新定义fly函数，令它产生一个运行期错误。

void error(const std::string& msg);
class Penguin : public Bird  {
public:
  virtual void fly()  {  error("Attempt to make a penguin fly!");  }
  ...
};

这里所说的某些东西可能和你所想的不同，这里并不是说“企鹅不会飞”，而是说“企鹅会飞，但尝试那么做是一种错误”！
③两者的差异，从错误被侦测出来的时间点来看：“企鹅不会飞”这一限制可由编译期强制实施，但若违反了“企鹅会飞，但尝试那么做是错误的”这条规则，只有运行期才能检测出来。
>2 class Square 应该以 public继承 class Rectangle 吗？
当然，学校是这么说的——正方形是一种特殊的长方形
但是，看看下面这段代码：

class Rectangle  {
public:
  virtual void setHeight(int newHeight);
  virtual void setWidth(int newWidth);
  virtual int height() const;    // 返回当前值
  virtual int width() const;
  ...
};
void makeBigger(Rectangle& r)
{
  int oldHeight = r.height();
  r.setWidth(r.width()+10);    // 为r的宽度加10
  assert(r.height()==oldHeight);    // 判断r的高度是否未曾改变
}

显然，上面的 assert结果永远为真。因为makeBigger只改变了r的宽度，r的高度从未被改变。
然后：

class Square : public Rectangle  {  ...  };
Square s;
...
assert(s.width()==s.height());    // 这对于所有的正方形一定为真
makeBigger(s);                    // 由于public继承，s是一种(is-a)矩形


assert(s.width()==s.height());    // 对所有的正方形应该仍然为真

这也很明显，第二个assert结果也应该永远为真。因为根据定义，正方形的高度和宽度相同。
But，我们如何调节下面这些assert判断式？
▪ 调用makeBigger之前，s的高度和宽度相同
▪ 在makeBigger函数内，s的宽度改变，但高度不变
▪ makeBigger返回之后，s的高度再度和其宽度相同。（注意，s是以by reference方式传给makeBigger，所以makeBigger修改的是s自身，不是s的副本）
其实，本例的根本困难是，某些可施行与矩形身上的事（例如宽度可独立于其高度被外界修改）却不可实行于正方形身上（宽度总应该与高度一样）。
但是，public继承主张，能够实行于base class对象身上的每件事情，每件事情也同时可以实行于derived class身上。
还有最最重要的一点：☆ 代码通过编译并不代表可以正常的运作 ☆ 




3.最后
is-a并非是唯一存在于class之间的关系。另两个常见的关系是has-a（有一个）和is-implemented-in-terms-of（根据实物实现出）。
将上述这些重要的相互关系中的任何一个误塑为is-a而造成的错误设计，在C++中并不罕见，所以你应该确定你确实了解这些个"class相互关系"之间的差异，并知道如何在C++中最好的塑造它们。



★请记住★
▪ "public继承"意味着is-a。适用于base class身上的每一件事情一定也适用于derived class身上，因为每一个derived class对象也都是一个base class对象。

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