C/C++编程：确定你的public继承塑模出is-a关系

规则

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)意味着”is-a”的关系

如果你令class D(“Derived”)以public形式继承class B(“Base”)，就意味着，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。也意味着”B对象可以派上用场的任何地方，D对象一样可以派上用场“，因为每一个D对象都是一个B对象，反之不成立。

C++对于”public继承“严格指向上面见解，比如：

class Person{
};
class Student : public Person {
    };
void eat(const Person &p){
    };   // 任何人都会吃
void study(const Student &s){
    }; // 只有学生会学习
int main(){
    Person p;
    Student s;
    eat(p);  // 人会吃
    eat(s); // 学生也会吃
    study(p); // error！！！不是所有的人都会学习
    study(s); // 只有学生会学习
}

每个学生都是人，但不是每一个人都是学生。(一般)人能成立的事情[比如生日]，对学生也成立。对学生成立的事情[比如学校]对人不一定成立。

于是，在C++中，任何函数如果期望获得一个类型为Person(或者pointer-to-Person或者reference-to-Person)的实参，也接受一个Student对象(或者pointer-to-Student或者reference-to-Student))

示例一

有时候你的直觉可能会误导public继承与is-a之间的等价关系这个概念。举个例子，企鹅是一种鸟，这是事情。鸟可以飞，这也是事实。从而，你可以会这样描述：

class Bird{
public:
    virtual void fly();
};
class Pengin : public Bird{
      //企鹅是一种鸟
}

但是实际上企鹅不会飞。这是怎么回事。事实上，不是所有的鸟都会飞，真正的应该这样写：

class Bird{
                       // 没有声明fly
};
class FlyingBird : public {
      // 会飞的鸟
public:
    virtual void fly();
};
class Pengin : public Bird{
      // 没有声明fly
}

但这个方法不一定使用于所有，比如对于某些软件系统来说，不需要区分会飞的鸟和不会飞的鸟，从而第一个实现版本更好些。也就是说，世界上不存在一个”适用于所有软件系统“的设计，应该应地制宜。

另一种处理”所有的鸟都会飞，企鹅是鸟，但是企鹅不会飞“的方法是为企鹅重新定义fly函数，令它产生一个运行期错误：

class Pengin : public Bird{
public:
    virtual void fly() {
     error("Attempt to make a pengin fly!")};
}

还有一种方法是不为Pengin 定义fly函数【推荐，因为好的接口可以防止无效的代码通过编译】：

class Bird{
                       // 没有声明fly
};
class Pengin : public Bird{
      // 没有声明fly
}

示例二

Square类应该以public形式继承Rectangle吗？
在这里插入图片描述

class Rectangle{
public:
    virtual void setHeight(int newHeight);
    virtual void setWidth(int newWidth);
    virtual int height() const;
    virtual int width() const;
}
void makeBigger(Rectangle &r){
    int oldHeight = r.height();
    r.setWidth(r.width() + 10);
    assert(r.height() == oldHeight );
}

显然，assert永远为真。因为makeBigger只改变r的宽度不改变高度

class Square : public Rectangle{
    };
Square s;
assert(s.width() == s.height());  // 这对所有的正方形一定为真
makeBigger(s);  //所有继承，s是一种矩形，所以可以增加面积
assert(s.width() == s.height());  // 对所有的正方形应该仍然为真

但是，显然我们遇到了问题：

调用makeBigger()之前，s的高度和宽度相同
makeBigger()函数内，s的宽度改变，高度不变
调用makeBigger()之后，s的高度和宽度应该还是相同（注意这里是传引用，所以改变的是原本，不是s的副本）

也就是说，某些可以施行于矩形身上的事情却不可以施行于正方形上。但是public继承主张，能够施行于基类对象的每件事情，也可以施行于派生类对象上。所以，用public继承塑模正方形和矩形的关系不正确，编译器通过并不代表程序正确。

总结

“public继承”意味着is-a。适用于基类身上的每一件事情也一定适用于派生类身上，因为每一个派生类对象也都是一个基类对象
is-a并不是唯一存在于类之间的关系，另两个常见的关系是has-a(有一个)和is-implemented-in-tems-of(根据某物实现出)。将上面这些重要关系的任何一个塑模为is-a都是错误的，所以你应该确定你确实了解这些类相互关系之间的差异，并指导如何在C++中最好的塑模它们