Наследование конструктора с параметрами c
Обновлено: 02.05.2024
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.
Почему логика языка С++ позволяет производному классу пользоваться конструктором БЕЗ параметров базового класса, НО НЕ позволяет пользоваться конструктором с параметрами базового класса? Нужно создавать отдельный конструктор с параметрами для производного.
При создании конструктора производного класса использовали другой параметр. ЗАЧЕМ?
@ixSci Как я понимаю, интересует при наличии Base::Base(int) и при отсутствии Derived::Derived(int) вызова типа Derived d(5); .
@VladimirGamalyan Можешь обьяснить? "Важной особенностью производного класса, является то, что хоть он и может использовать все методы и элементы полей protected и public базового класса, но он не может обратиться к конструктору с параметрами. Если конструкторы в производном классе не определены, при создании объекта сработает конструктор без аргументов базового класса. А если нам надо сразу при создании объекта производного класса внести данные, то для него необходимо определить свои конструкторы."
@Harry Почему? "Важной особенностью производного класса, является то, что хоть он и может использовать все методы и элементы полей protected и public базового класса, но он не может обратиться к конструктору с параметрами. Если конструкторы в производном классе не определены, при создании объекта сработает конструктор без аргументов базового класса. А если нам надо сразу при создании объекта производного класса внести данные, то для него необходимо определить свои конструкторы."
1 ответ 1
Если базовый класс имеет конструктор без параметров, то он будет вызван неявно из конструктора производного класса. Т.е. писать что-то вроде Derived() : Base() < >не требуется.
Если же из конструктора производного класса (не важно, с параметрами или без) нужно вызывать конструктор базового класса, принимающий параметры, то требуется явно указать какие это будут параметры, т.е. прокидывания аргумента из конструктора производного класса в конструктор базового класса в виде один-к-одному по умолчанию нет, нужно написать это руками.
Всё это сделано для того, чтобы было ясно видно как трансформируется параметр. Ведь вполне может потребоваться и такая запись:
где f() - некоторая функция преобразования, которая в общем случае может порождать тип, отличный от int , т.к. конструктор Base вполне может иметь версию с параметром другого типа. Пример:
Также в с++11 появилась возможность наследования конструкторов для достижения эффекта сквозной передачи параметров. Таким образом вместо:
можно написать следующее:
Этой записью осуществляется прокидывание имеющихся сигнатур конструкторов базового класса в производный.
Наследование (inheritance) является одним из ключевых моментов ООП. Благодаря наследованию один класс может унаследовать функциональность другого класса.
Пусть у нас есть следующий класс Person, который описывает отдельного человека:
Но вдруг нам потребовался класс, описывающий сотрудника предприятия - класс Employee. Поскольку этот класс будет реализовывать тот же функционал, что и класс Person, так как сотрудник - это также и человек, то было бы рационально сделать класс Employee производным (или наследником, или подклассом) от класса Person, который, в свою очередь, называется базовым классом или родителем (или суперклассом):
После двоеточия мы указываем базовый класс для данного класса. Для класса Employee базовым является Person, и поэтому класс Employee наследует все те же свойства, методы, поля, которые есть в классе Person. Единственное, что не передается при наследовании, это конструкторы базового класса с параметрами.
Таким образом, наследование реализует отношение is-a (является), объект класса Employee также является объектом класса Person:
И поскольку объект Employee является также и объектом Person, то мы можем так определить переменную: Person p = new Employee() .
По умолчанию все классы наследуются от базового класса Object , даже если мы явным образом не устанавливаем наследование. Поэтому выше определенные классы Person и Employee кроме своих собственных методов, также будут иметь и методы класса Object: ToString(), Equals(), GetHashCode() и GetType().
Все классы по умолчанию могут наследоваться. Однако здесь есть ряд ограничений:
Не поддерживается множественное наследование, класс может наследоваться только от одного класса.
При создании производного класса надо учитывать тип доступа к базовому классу - тип доступа к производному классу должен быть таким же, как и у базового класса, или более строгим. То есть, если базовый класс у нас имеет тип доступа internal , то производный класс может иметь тип доступа internal или private , но не public .
Однако следует также учитывать, что если базовый и производный класс находятся в разных сборках (проектах), то в этом случае производый класс может наследовать только от класса, который имеет модификатор public.
Если класс объявлен с модификатором sealed , то от этого класса нельзя наследовать и создавать производные классы. Например, следующий класс не допускает создание наследников:
Нельзя унаследовать класс от статического класса.
Доступ к членам базового класса из класса-наследника
Вернемся к нашим классам Person и Employee. Хотя Employee наследует весь функционал от класса Person, посмотрим, что будет в следующем случае:
Этот код не сработает и выдаст ошибку, так как переменная _name объявлена с модификатором private и поэтому к ней доступ имеет только класс Person . Но зато в классе Person определено общедоступное свойство Name, которое мы можем использовать, поэтому следующий код у нас будет работать нормально:
Таким образом, производный класс может иметь доступ только к тем членам базового класса, которые определены с модификаторами private protected (если базовый и производный класс находятся в одной сборке), public , internal (если базовый и производный класс находятся в одной сборке), protected и protected internal .
Ключевое слово base
Теперь добавим в наши классы конструкторы:
Класс Person имеет конструктор, который устанавливает свойство Name. Поскольку класс Employee наследует и устанавливает то же свойство Name, то логично было бы не писать по сто раз код установки, а как-то вызвать соответствующий код класса Person. К тому же свойств, которые надо установить в конструкторе базового класса, и параметров может быть гораздо больше.
С помощью ключевого слова base мы можем обратиться к базовому классу. В нашем случае в конструкторе класса Employee нам надо установить имя и компанию. Но имя мы передаем на установку в конструктор базового класса, то есть в конструктор класса Person, с помощью выражения base(name) .
Конструкторы в производных классах
Конструкторы не передаются производному классу при наследовании. И если в базовом классе не определен конструктор по умолчанию без параметров, а только конструкторы с параметрами (как в случае с базовым классом Person), то в производном классе мы обязательно должны вызвать один из этих конструкторов через ключевое слово base. Например, из класса Employee уберем определение конструктора:
В данном случае мы получим ошибку, так как класс Employee не соответствует классу Person, а именно не вызывает конструктор базового класса. Даже если бы мы добавили какой-нибудь конструктор, который бы устанавливал все те же свойства, то мы все равно бы получили ошибку:
То есть в классе Employee через ключевое слово base надо явным образом вызвать конструктор класса Person:
Либо в качестве альтернативы мы могли бы определить в базовом классе конструктор без параметров:
Тогда в любом конструкторе производного класса, где нет обращения конструктору базового класса, все равно неявно вызывался бы этот конструктор по умолчанию. Например, следующий конструктор
Фактически был бы эквивалентен следующему конструктору:
Порядок вызова конструкторов
При вызове конструктора класса сначала отрабатывают конструкторы базовых классов и только затем конструкторы производных. Например, возьмем следующие классы:
При создании объекта Employee:
Мы получим следующий консольный вывод:
В итоге мы получаем следующую цепь выполнений.
Вначале вызывается конструктор Employee(string name, int age, string company) . Он делегирует выполнение конструктору Person(string name, int age)
Вызывается конструктор Person(string name, int age) , который сам пока не выполняется и передает выполнение конструктору Person(string name)
Вызывается конструктор Person(string name) , который передает выполнение конструктору класса System.Object, так как это базовый по умолчанию класс для Person.
Выполняется конструктор System.Object.Object() , затем выполнение возвращается конструктору Person(string name)
Выполняется тело конструктора Person(string name) , затем выполнение возвращается конструктору Person(string name, int age)
Выполняется тело конструктора Person(string name, int age) , затем выполнение возвращается конструктору Employee(string name, int age, string company)
Выполняется тело конструктора Employee(string name, int age, string company) . В итоге создается объект Employee
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 иерархии классов допускается, чтобы у базовых и производных классов были свои собственные конструкторы. В связи с этим возникает следующий резонный вопрос: какой конструктор отвечает за построение объекта производного класса: конструктор базового класса, конструктор производного класса или же оба? На этот вопрос можно ответить так: конструктор базового класса конструирует базовую часть объекта, а конструктор производного класса — производную часть этого объекта. И в этом есть своя логика, поскольку базовому классу неизвестны и недоступны любые элементы производного класса, а значит, их конструирование должно происходить раздельно.
Если конструктор определен только в производном классе, то все происходит очень просто: конструируется объект производного класса, а базовая часть объекта автоматически собирается его конструктором, используемым по умолчанию.
Когда конструкторы определяются как в базовом, так и в производном классе, процесс построения объекта несколько усложняется, поскольку должны выполняться конструкторы обоих классов. В данном случае приходится обращаться к ключевому слову base, которое находит двоякое применение: во-первых, для вызова конструктора базового класса; и во-вторых, для доступа к члену базового класса, скрывающегося за членом производного класса.
С помощью формы расширенного объявления конструктора производного класса и ключевого слова base в производном классе может быть вызван конструктор, определенный в его базовом классе. Ниже приведена общая форма этого расширенного объявления:
где список_аргументов обозначает любые аргументы, необходимые конструктору в базовом классе. Обратите внимание на местоположение двоеточия.
Давайте рассмотрим пример:
С помощью ключевого слова base можно вызвать конструктор любой формы, определяемой в базовом классе, причем выполняться будет лишь тот конструктор, параметры которого соответствуют переданным аргументам.
А теперь рассмотрим вкратце основные принципы действия ключевого слова base. Когда в производном классе указывается ключевое слово base, вызывается конструктор из его непосредственного базового класса. Следовательно, ключевое слово base всегда обращается к базовому классу, стоящему в иерархии непосредственно над вызывающим классом. Это справедливо даже для многоуровневой иерархии классов. Аргументы передаются базовому конструктору в качестве аргументов метода base(). Если же ключевое слово отсутствует, то автоматически вызывается конструктор, используемый в базовом классе по умолчанию.
Читайте также: