Конструктор в наследуемом классе c
Обновлено: 08.05.2024
В этой статье наследование описано на трех уровнях: beginner, intermediate и advanced. Expert нет. И ни слова про SOLID. Честно.
Что такое наследование?
Наследование является одним из основополагающих принципов ООП. В соответствии с ним, класс может использовать переменные и методы другого класса как свои собственные.
Класс, который наследует данные, называется подклассом (subclass), производным классом (derived class) или дочерним классом (child). Класс, от которого наследуются данные или методы, называется суперклассом (super class), базовым классом (base class) или родительским классом (parent). Термины “родительский” и “дочерний” чрезвычайно полезны для понимания наследования. Как ребенок получает характеристики своих родителей, производный класс получает методы и переменные базового класса.
Наследование полезно, поскольку оно позволяет структурировать и повторно использовать код, что, в свою очередь, может значительно ускорить процесс разработки. Несмотря на это, наследование следует использовать с осторожностью, поскольку большинство изменений в суперклассе затронут все подклассы, что может привести к непредвиденным последствиям.
В этом примере, метод turn_on() и переменная serial_number не были объявлены или определены в подклассе Computer . Однако их можно использовать, поскольку они унаследованы от базового класса.
Важное примечание: приватные переменные и методы не могут быть унаследованы.
Типы наследования
В C ++ есть несколько типов наследования:
- публичный ( public )- публичные ( public ) и защищенные ( protected ) данные наследуются без изменения уровня доступа к ним;
- защищенный ( protected ) — все унаследованные данные становятся защищенными;
- приватный ( private ) — все унаследованные данные становятся приватными.
Для базового класса Device , уровень доступа к данным не изменяется, но поскольку производный класс Computer наследует данные как приватные, данные становятся приватными для класса Computer .
Класс Computer теперь использует метод turn_on() как и любой приватный метод: turn_on() может быть вызван изнутри класса, но попытка вызвать его напрямую из main приведет к ошибке во время компиляции. Для базового класса Device , метод turn_on() остался публичным, и может быть вызван из main .
Конструкторы и деструкторы
В C ++ конструкторы и деструкторы не наследуются. Однако они вызываются, когда дочерний класс инициализирует свой объект. Конструкторы вызываются один за другим иерархически, начиная с базового класса и заканчивая последним производным классом. Деструкторы вызываются в обратном порядке.
Важное примечание: в этой статье не освещены виртуальные десктрукторы. Дополнительный материал на эту тему можно найти к примеру в этой статье на хабре.
Конструкторы: Device -> Computer -> Laptop .
Деструкторы: Laptop -> Computer -> Device .
Множественное наследование
Множественное наследование происходит, когда подкласс имеет два или более суперкласса. В этом примере, класс Laptop наследует и Monitor и Computer одновременно.
Проблематика множественного наследования
Множественное наследование требует тщательного проектирования, так как может привести к непредвиденным последствиям. Большинство таких последствий вызваны неоднозначностью в наследовании. В данном примере Laptop наследует метод turn_on() от обоих родителей и неясно какой метод должен быть вызван.
Несмотря на то, что приватные данные не наследуются, разрешить неоднозначное наследование изменением уровня доступа к данным на приватный невозможно. При компиляции, сначала происходит поиск метода или переменной, а уже после — проверка уровня доступа к ним.
Проблема ромба
Проблема ромба (Diamond problem)- классическая проблема в языках, которые поддерживают возможность множественного наследования. Эта проблема возникает когда классы B и C наследуют A , а класс D наследует B и C .
К примеру, классы A , B и C определяют метод print_letter() . Если print_letter() будет вызываться классом D , неясно какой метод должен быть вызван — метод класса A , B или C . Разные языки по-разному подходят к решению ромбовидной проблем. В C ++ решение проблемы оставлено на усмотрение программиста.
Ромбовидная проблема — прежде всего проблема дизайна, и она должна быть предусмотрена на этапе проектирования. На этапе разработки ее можно разрешить следующим образом:
- вызвать метод конкретного суперкласса;
- обратиться к объекту подкласса как к объекту определенного суперкласса;
- переопределить проблематичный метод в последнем дочернем классе (в коде — turn_on() в подклассе Laptop ).
Если метод turn_on() не был переопределен в Laptop, вызов Laptop_instance.turn_on() , приведет к ошибке при компиляции. Объект Laptop может получить доступ к двум определениям метода turn_on() одновременно: Device:Computer:Laptop.turn_on() и Device:Monitor:Laptop.turn_on() .
Проблема ромба: Конструкторы и деструкторы
Поскольку в С++ при инициализации объекта дочернего класса вызываются конструкторы всех родительских классов, возникает и другая проблема: конструктор базового класса Device будет вызван дважды.
Виртуальное наследование
Виртуальное наследование (virtual inheritance) предотвращает появление множественных объектов базового класса в иерархии наследования. Таким образом, конструктор базового класса Device будет вызван только единожды, а обращение к методу turn_on() без его переопределения в дочернем классе не будет вызывать ошибку при компиляции.
Примечание: виртуальное наследование в классах Computer и Monitor не разрешит ромбовидное наследование если дочерний класс Laptop будет наследовать класс Device не виртуально ( class Laptop: public Computer, public Monitor, public Device <>; ).
Абстрактный класс
В С++, класс в котором существует хотя бы один чистый виртуальный метод (pure virtual) принято считать абстрактным. Если виртуальный метод не переопределен в дочернем классе, код не скомпилируется. Также, в С++ создать объект абстрактного класса невозможно — попытка тоже вызовет ошибку при компиляции.
Интерфейс
С++, в отличии от некоторых ООП языков, не предоставляет отдельного ключевого слова для обозначения интерфейса (interface). Тем не менее, реализация интерфейса возможна путем создания чистого абстрактного класса (pure abstract class) — класса в котором присутствуют только декларации методов. Такие классы также часто называют абстрактными базовыми классами (Abstract Base Class — ABC).
Несмотря на то, что наследование — фундаментальный принцип ООП, его стоит использовать с осторожностью. Важно думать о том, что любой код который будет использоваться скорее всего будет изменен и может быть использован неочевидным для разработчика путем.
Наследование от реализованного или частично реализованного класса
Если наследование происходит не от интерфейса (чистого абстрактного класса в контексте С++), а от класса в котором присутствуют какие-либо реализации, стоит учитывать то, что класс наследник связан с родительским классом наиболее тесной из возможных связью. Большинство изменений в классе родителя могут затронуть наследника что может привести к непредвиденному поведению. Такие изменения в поведении наследника не всегда очевидны — ошибка может возникнуть в уже оттестированом и рабочем коде. Данная ситуация усугубляется наличием сложной иерархии классов. Всегда стоит помнить о том, что код может изменяться не только человеком который его написал, и пути наследования очевидные для автора могут быть не учтены его коллегами.
В противовес этому стоит заметить что наследование от частично реализованных классов имеет неоспоримое преимущество. Библиотеки и фреймворки зачастую работают следующим образом: они предоставляют пользователю абстрактный класс с несколькими виртуальными и множеством реализованных методов. Таким образом, наибольшее количество работы уже проделано — сложная логика уже написана, а пользователю остается только кастомизировать готовое решение под свои нужды.
Интерфейс
Наследование от интерфейса (чистого абстрактного класса) преподносит наследование как возможность структурирования кода и защиту пользователя. Так как интерфейс описывает какую работу будет выполнять класс-реализация, но не описывает как именно, любой пользователь интерфейса огражден от изменений в классе который реализует этот интерфейс.
Интерфейс: Пример использования
Прежде всего стоит заметить, что пример тесно связан с понятием полиморфизма, но будет рассмотрен в контексте наследования от чистого абстрактного класса.
Приложение выполняющее абстрактную бизнес логику должно настраиваться из отдельного конфигурационного файла. На раннем этапе разработки, форматирование данного конфигурационного файла до конца сформировано не было. Вынесение парсинга файла за интерфейс предоставляет несколько преимуществ.
Отсутствие однозначности касательно форматирования конфигурационного файла не тормозит процесс разработки основной программы. Два разработчика могут работать параллельно — один над бизнес логикой, а другой над парсером. Поскольку они взаимодействуют через этот интерфейс, каждый из них может работать независимо. Данный подход облегчает покрытие кода юнит тестами, так как необходимые тесты могут быть написаны с использованием мока (mock) для этого интерфейса.
Также, при изменении формата конфигурационного файла, бизнес логика приложения не затрагивается. Единственное чего требует полный переход от одного форматирования к другому — написания новой реализации уже существующего абстрактного класса (класса-парсера). В дальнейшем, возврат к изначальному формату файла требует минимальной работы — подмены одного уже существующего парсера другим.
Наследование предоставляет множество преимуществ, но должно быть тщательно спроектировано во избежание проблем, возможность для которых оно открывает. В контексте наследования, С++ предоставляет широкий спектр инструментов который открывает массу возможностей для программиста.
Наследование (inheritance) представляет один из ключевых аспектов объектно-ориентированного программирования, который позволяет наследовать функциональность одного класса или базового класса (base class) в другом - производном классе (derived class).
Зачем нужно наследование? Рассмотрим небольшую ситуацию, допустим, у нас есть классы, которые представляют человека и работника предприятия:
В данном случае класс Employee фактически содержит функционал класса Person: свойства name и age и функцию display. И было бы не совсем правильно повторять функциональность одного класса в другом классе, тем более что по сути сотрудник предприятия в любом случае является человеком. Поэтому в этом случае лучше использовать механизм наследования. Унаследуем класс Employee от класса Person:
Для установки отношения наследования после название класса ставится двоеточие, затем идет название класса, от которого мы хотим унаследовать функциональность. В этом отношении класс Person еще будет называться базовым классом, а Employee - производным классом.
Перед названием базового класса также можно указать спецификатор доступа, как в данном случае используется спецификатор public , который позволяет использовать в производном классе все открытые члены базового класса. Если мы не используем модификатор доступа, то класс Employee ничего не будет знать о переменных name и age и функции display.
После установки наследования мы можем убрать из класса Employee те переменные, которые уже определены в классе Person. Используем оба класса:
Таким образом, через переменную класса Employee мы можем обращаться ко всем открытым членам класса Person.
Конструкторы
Стоит учитывать, что конструкторы при наследовании не наследуются. И если базовый класс содержит только конструкторы с параметрами, то производный класс должен вызывать в своем конструкторе один из конструкторов базового класса. Например, добавим в классы выше конструкторы:
После списка параметров конструктора производного класса через двоеточие идет вызов конструктора базового класса, в который передаются значения параметров n и a.
Если бы мы не вызвали конструктор базового класса, то это было бы ошибкой.
Консольный вывод программы:
Таким образом, в строке
Вначале будет вызываться конструктор базового класса Person, в который будут передаваться значения "Bob" и 31. И таким образом будут установлены имя и возраст. Затем будет выполняться собственно конструктор Employee, который установит компанию.
Также мы могли бы определить конструктор Employee следующим обазом:
Также в примере выше стои отметить, что переменные в обоих классах стали закрытыми, то есть они объявлены со спецификатором private. Производный класс не может обращаться к закрытым членам базового класса. Поэтому, если бы мы попробовали обратиться к закрытым переменным класса Person через переменную класса Employee, то мы бы получили ошибку:
Спецификатор protected
С помощью спецификатора public можно определить общедоступные открытые члены классы, которые доступны извне и их можно использовать в любой части программы. С помощью спецификатора private можно определить закрытые переменные и функции, которые можно использовать только внутри своего класса. Однако иногда возникает необходимость в таких переменных и методах, которые были бы доступны классам-наследникам, но не были бы доступны извне. И именно для определения уровня доступа подобных членов класса используется спецификатор protected .
Например, определим переменную name со спецификатором protected:
Таким образом, мы можем использовать переменную name в производном классе, например, в методе showEmployeeName, но извне мы к ней обратиться по-прежнему не можем.
Запрет наследования
Иногда наследование от класса может быть нежелательно. И с помощью спецификатора final мы можем запретить наследование:
После этого мы не сможем унаследовать другие классы от класса User. И, например, если мы попробуем написать, как в случае ниже, то мы столкнемся с ошибкой:
В прошлой статье для создания объекта использовался конструктор по умолчанию. Однако мы сами можем определить свои конструкторы. Как правило, конструктор выполняет инициализацию объекта. При этом если в классе определяются свои конструкторы, то он лишается конструктора по умолчанию.
На уровне кода конструктор представляет метод, который называется по имени класса, который может иметь параметры, но для него не надо определять возвращаемый тип. Например, определим в классе Person простейший конструктор:
Конструкторы могут иметь модификаторы, которые указываются перед именем конструктора. Так, в данном случае, чтобы конструктор был доступен вне класса Person, он определен с модификатором public .
Определив конструктор, мы можем вызвать его для создания объекта Person:
В данном случае выражение Person() как раз представляет вызов определенного в классе конструктора (это больше не автоматический конструктор по умолчанию, которого у класса теперь нет). Соответственно при его выполнении на консоли будет выводиться строка "Создание объекта Person"
Подобным образом мы можем определять и другие конструкторы в классе. Например, изменим класс Person следующим образом:
Теперь в классе определено три конструктора, каждый из которых принимает различное количество параметров и устанавливает значения полей класса. И мы можем вызвать один из этих конструкторов для создания объекта класса.
Консольный вывод данной программы:
Ключевое слово this
Ключевое слово this представляет ссылку на текущий экземпляр/объект класса. В каких ситуациях оно нам может пригодиться?
В примере выше во втором и третьем конструкторе параметры называются также, как и поля класса. И чтобы разграничить параметры и поля класса, к полям класса обращение идет через ключевое слово this . Так, в выражении
первая часть - this.name означает, что name - это поле текущего класса, а не название параметра name. Если бы у нас параметры и поля назывались по-разному, то использовать слово this было бы необязательно. Также через ключевое слово this можно обращаться к любому полю или методу.
Цепочка вызова конструкторов
В примере выше определены три конструктора. Все три конструктора выполняют однотипные действия - устанавливают значения полей name и age. Но этих повторяющихся действий могло быть больше. И мы можем не дублировать функциональность конструкторов, а просто обращаться из одного конструктора к другому также через ключевое слово this , передавая нужные значения для параметров:
В данном случае первый конструктор вызывает второй, а второй конструктор вызывает третий. По количеству и типу параметров компилятор узнает, какой именно конструктор вызывается. Например, во втором конструкторе:
идет обращение к третьему конструктору, которому передаются два значения. Причем в начале будет выполняться именно третий конструктор, и только потом код второго конструктора.
Стоит отметить, что в примере выше фактически все конструкторы не определяют каких-то других действий, кроме как передают третьему конструктору некоторые значения. Поэтому в реальности в данном случае проще оставить один конструктор, определив для его параметров значения по умолчанию:
И если при вызове конструктора мы не передаем значение для какого-то параметра, то применяется значение по умолчанию.
Инициализаторы объектов
Для инициализации объектов классов можно применять инициализаторы . Инициализаторы представляют передачу в фигурных скобках значений доступным полям и свойствам объекта:
С помощью инициализатора объектов можно присваивать значения всем доступным полям и свойствам объекта в момент создания. При использовании инициализаторов следует учитывать следующие моменты:
С помощью инициализатора мы можем установить значения только доступных из вне класса полей и свойств объекта. Например, в примере выше поля name и age имеют модификатор доступа public, поэтому они доступны из любой части программы.
Инициализатор выполняется после конструктора, поэтому если и в конструкторе, и в инициализаторе устанавливаются значения одних и тех же полей и свойств, то значения, устанавливаемые в конструкторе, заменяются значениями из инициализатора.
Инициализаторы удобно применять, когда поле или свойство класса представляет другой класс:
Обратите внимание, как устанавливается поле company :
Деконструкторы
Деконструкторы (не путать с деструкторами) позволяют выполнить декомпозицию объекта на отдельные части.
Например, пусть у нас есть следующий класс Person:
В этом случае мы могли бы выполнить декомпозицию объекта Person так:
Значения переменным из деконструктора передаюся по позиции. То есть первое возвращаемое значение в виде параметра personName передается первой переменной - name, второе возващаемое значение - переменной age.
По сути деконструкторы это не более,чем синтаксический сахар. Это все равно, что если бы мы написали:
При получении значений из декоструктора нам необходимо предоставить столько переменных, сколько деконструктор возвращает значений. Однако бывает, что не все эти значения нужны. И вместо возвращаемых значений мы можм использовать прочерк _ . Например, нам надо получить только возраст пользователя:
Поскольку первое возвращаемое значение - это имя пользователя, которое не нужно, в в данном случае вместо переменной прочерк.
Здравствуйте! Сегодня я бы хотел рассказать о наследовании. Многие новички когда начинают изучать какой-либо язык программирования сталкиваются с проблемами на своем пути. Не компилируется программа, вылетает, скобочки не хватает - это то, чего не избежать. С личного опыта хочу сказать, что мне действительно нахватало наставника, своего рода учителя как в Звездных Войнах. Что бы взял за руку, повел в правильном направлении и указал на ошибки.
Задача: Создать базовый класс “Транспорт”. От него наследовать “Авто”, “Самолет”, “Поезд”. От класса “Авто” наследовать классы “Легковое авто”, “Грузовое авто”. От класса “Самолет” наследовать классы “Грузовой самолет” и “Пассажирский самолет”. Придумать поля для базового класса, а также добавить поля в дочерние классы, которые будут конкретно характеризовать объекты дочерних классов. Определить конструкторы, методы для заполнения полей классов (или использовать свойства). Написать метод, который выводит информацию о данном виде транспорта и его характеристиках. Использовать виртуальные методы.
И так, вы прочитали задачу. Первое, что я рекомендую сделать, это нарисовать, где вам удобно, схему проекта. Классы, поля, методы, возможно интерфейсы и т.д. В общем говоря составьте UML таблицу. Поздравляю, вы уже готовы создавать.
1) Создадим класс “Транспорт”. Должно получится следующее:
Если вы пишете код в VS у вас будут подключены библиотеки:
Теперь давайте создадим поля, методы, конструктор по умолчанию и с параметрами.
Ура! Мы написали базовый класс от которого будем наследовать дочерние классы. Условно строить машину, класс Transport это указания для ВСЕГО транспорта какой год выпуска (поле Year), вес (поле Weight), цвет (поле Color). И абстрактный метод Info, который будет выводить информацию например так: Машина -Ford Explorer. Вес - 1670 кг. Год - 2019. Цвет - черный и т.д. Еще мы описали 2 типа конструктора:
Конструктор это специальный блок инструкций, вызываемый при создании объекта. То есть, первый инструктор когда мы например создаем объект класса:
В таком случае мы создадим объект transport класса Transport. С параметрами по умолчанию. Что это означает? Это означает что поля Year, Weight, Color получат значения (Year = null, Weight = null, Color = null). Это сделано для того, что бы при выделении памяти в них не было мусора. Также мы можем сделать следующее:
Тут мы явно присвоили полям какие-то свои значения.
Второй конструктор это то же самое присвоение значений, но только когда мы передаем в конструктор int year, int weight, string color:
Что такое protected и public? Public — доступ открыт всем другим классам, кто видит определение данного класса. Protected — доступ открыт классам, производным от данного. То есть, производные классы получают свободный доступ к таким свойствам или метода. Все другие классы такого доступа не имеют.
Но, так как мы создали не просто класс, а абстрактный класс, нам не удастся создать его объект. Так как объект абстрактного класса создать нельзя.
2) Давайте создадим классы “Авто”, “Самолет”, “Поезд”:
Мы успешно создали 3 класса. Добавили поле Speed для Car, WingLength для Airplane, Сarriages для Train, реализовали абстрактный метод класса Transport.
Так как классы очень походи давайте разберем только один, например Car.
Этот синтаксис означает что мы публично унаследовали класс родителя Transport. Также унаследовали поля родителя:
Далее переопределили метод Info() также родителя. Ключевое слово override означает что мы как раз это и сделали.
3) Теперь давайте создадим классы и унаследуем их от родителя Auto “Легковое авто”, “Грузовое авто”:
Тут ничего сложного, все по аналогии. Теперь нужно создать последние классы: “Грузовой самолет” и “Пассажирский самолет”:
Тут также все по антологии.
Вот и все что нужно было сделать. Теперь давайте проверим все ли работает. Создадим объекты классов:
Но это уже не имело значения, потому что вызов был принят.
Приведенные ниже приемы не рекомендуется использовать в реальной жизни. Точнее даже рекомендуется не использовать. Это скорее тема для легкого светского разговора с коллегой. Или собеседующим.
Подготовка
Создаем цепочку наследования. Для простоты будем использовать конструкторы без параметров. В конструкторе будем выводить информацию о типе и идентификатор объекта, на котором он вызывается.
И получаем вывод:
Перед выполнением конструктор может вызвать либо другой конструктор того же типа, либо любой доступный конструктор базового типа. Если вызов не указан явно, компилятор подставит вызов конструктора базового типа без параметров. Если базовый тип не предоставляет такой конструктор, происходит ошибка компиляции. При этом конструктор не может явно вызвать сам себя:
и таким фокусом компилятор тоже не провести:
Удаление дублирующегося кода
Добавляем вспомогательный класс:
И заменяем во всех конструкторах
Однако теперь программа выводит:
Получение доступа к конструктору базового типа
Здесь на помощь приходит рефлексия. Добавляем в Extensions метод:
В типы B и C добавляем свойство:
Вызов конструктора базового типа в произвольном месте
Меняем содержимое конструкторов B и C на:
Теперь вывод выглядит так:
Изменение порядка вызова конструкторов базового типа
Внутри типа A создаем вспомогательный тип:
Так как здесь важна только семантика, конструктор типа целесообразно сделать закрытым. Создание экземпляров не имеет смысла. Тип предназначен исключительно для различения перегрузок конструкторов типа A и производных от него. По этой же причине тип следует разместить внутри A и сделать защищенным.
Добавляем в A, B и C соответствующие конструкторы:
Для типов B и C ко всем конструкторам добавляем вызов:
И вывод становится:
Осмысление результата
Добавив в Extensions метод:
и вызвав его во всех конструкторах, принимающих CtorHelper, мы получим вывод:
Читайте также: