C++教程:C++类和对象的继承

2020-05-23 14:25:39

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供稿：网友

在前面的章节，我们学会了如何编写一个完整的类。然而，面向对象的优势还没有被完全体现出来。特别是在编写一些相似的类时，可能会造成很多的浪费。本章就将以一个文字游戏为例，向大家介绍类的继承问题。

剑士·弓箭手·法师的困惑

在一个角色扮演类游戏（RPG）中，可能有各种不同职业的玩家，比如剑士、弓箭手和法师。虽然他们的职业不同，却有着一些相似之处：他们都具有生命值（Health Point——HP）、魔法值（Magic Point——MP）、攻击力（Attack Point——AP）、防御力（Defense Point——DP）、经验值（Experience——EXP）和等级（Level——LV）。虽然他们有着相似之处，但又不完全相同：剑士和弓箭手都具有普通攻击的技能，只不过剑士用的是剑，而弓箭手用的是弓箭。

这样看来，我们有麻烦了。如果只用一个类来描述三种不同职业的玩家，肯定无法描述清楚。毕竟这三种职业不是完全相同的。如果用三个类来描述这三种职业，那么三者的共同点和内在联系就无法体现出来，并且还造成了相同属性和功能的重复开发。

我们需要有一种好的方法，既能把剑士、弓箭手和法师的特点描述清楚，又能减少重复的开发和冗余的代码。在C++中，有一种称为继承的方法，使我们可以用一种已经编写好的类来扩写成一个新的类。新的类具有原有类的所有属性和操作，也可以在原有类的基础上作一些修改和增补。继承实质上是源于人们对事物的认知过程：从抽象概念到具体事物。下面我们就来看看剑士、弓箭手和法师的逻辑关系：

在上图中玩家是一个抽象的概念，剑士、弓箭手和法师是具体的事物。任何一个玩家都具有生命值、魔法值等属性，具有发动普通攻击和特殊攻击的能力。不同职业的玩家在发动普通攻击和特殊攻击时，有着不同的效果。

如果你不太玩游戏，或者对剑士、弓箭手没有什么概念，那么我们再来看看学生这个例子。学生是一个抽象的概念，具体的有本科生、中学生、小学生等。任何一个学生都具有姓名、身高、体重、性别等属性，具有学习的能力。不同阶段的学生在学习时，内容会有所不同。小学生学习四则运算，中学生学习代数几何，本科生学习高等数学。如下图：

为了描写小学生、中学生、本科生，我们可以写三个不同的类，但是会造成部分属性和功能的重复开发。我们也可以先设计一个学生类，描述出各种学生的共同属性或功能，然后再针对不同种类的学生做细节的修改。显然，第二种做法更为省力、合理。

面向对象的继承性

如果有一个类，我们可以将其实例化，成为若干个对象。另外，如果我们希望对这个类加以升级改造，我们可以将这个类继承，形成子类（或者称为派生类），被继承的类则称为父类（或者称为基类）。实例化和继承是一个类的两种发展方向。继承能够减少我们开发程序的工作量，提高类的重用性。

如果我们把编写一个类看作是一次生产，那么产品（即编写出来的类）可以有两种用途：一种是将产品直接使用，相当于将类实例化；另一种是将产品用于再生产，相当于将类继承。类在这种不断的“再生产”中变得更为强大、健全。
在第15章中，我们曾将链表结点类的实例对象作为链表类的成员数据。这称为对象的组合，它与类的继承也是完全不同的概念。继承（Inheritance）是概念的延续，子类和父类一般都是概念扩展的关系，我们通常把这种关系称为“是”关系。比如：本科生是学生，自行车是交通工具。而对象的组合是因功能需求产生的从属关系，我们通常把这种关系称为“有”关系。比如：链表有一个头结点，电脑有一个中央处理器等等。

关于如何更合理地设置类以及类与类之间关系的问题，会在软件工程这门课中作更详尽的介绍。

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