[C++知识库]《Effective C++》学习笔记（条款32：确定你的public继承塑模出is-a关系)

最近开始看《Effective C++》，为了方便以后回顾，特意做了笔记。若本人对书中的知识点理解有误的话，望请指正！！！

1 public 继承是一种 is-a 的关系

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（派生类)以 public 形式继承 class B（基类)，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。看以下例子：

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

根据生活经验我们知道，每个学生都是人，但并非每个人都是学生，这便是上面代码的主张。
在C++领域中，任何函数如果期望获得一个类型为 Person (或 Person* 或 Person& )的实参，都也愿意接受一个 Student 对象（或 ``Student*或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。private 继承的意义于此完全不同（见条款39），至于 protected 继承，那是一种其意义至今仍然困惑我的东西。

2 产生的各种问题

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C++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
  ...
};

这个继承体系说企鹅可以飞，而这是错误的。这是怎么回事呢？

在这个例子中，我们成了不严谨语言（英语）下的牺牲品。当我们说鸟会飞的时候，我们真正的意思并不是说所有的鸟都会飞，我们要说的只是一般的鸟都会飞，但有些鸟不会飞，应该这样描述：

class Bird  {    
  ...    // 没有声明fly函数
};

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

但是，我们还未能完全处理好这件事。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，那么原本的"双 class 继承体系"或许就可以满足了。

这实际上说明了一个事实，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，包括现在和未来。

还有一种方法处理“所有的鸟都会飞，企鹅是鸟，但它不会飞”的问题：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);	//定义于另外某处

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

我们得认知到一点：上述代码并不是说“企鹅不会飞”，而是说“企鹅会飞，但尝试那么做是一种错误”。

如何描述两者的差异？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。

我们再说一个例子，正方形和矩形之间的关系，人们都认为正方形是一种矩形，矩形却不一定是正方形，那么 正方形类应该以 public 形式继承矩形类吗？看以下代码：

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)		//这个函数用来增加 r 的面积
{
  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。

现在看这段代码，其中使用 public 继承，允许正方形被视为一种矩形：

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（事实上不为真）。因为根据定义，正方形的高度和宽度相同。

但现在我们遇上了一个问题，我们如黄河调节下面各个 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是以引用传递方式传给 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，某些可施行于矩形身上的事（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，能够实行于基类对象身上的每件事情，每件事情也同时可以实行于派生类身上。再正方形和矩形的例子中，那样的主张无法保持，所以以 public 继承建模它们之间的关系并不正确。这让我们认识到了最最重要的一点：代码通过编译并不代表可以正确的运作 。

is-a 并非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-terms-of（根据某物实现出）。这些关系将在条款38和39讨论。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。

Note:

• "public继承"意味着 is-a。适用于基类身上的每一件事情一定也适用于派生类身上，因为每一个派生类对象也都是一个基类对象

条款33：避免遮掩继承而来的名称