Наследование − это такое отношение между классами, когда один класс повторяет структуру и поведение другого класса (одиночное наследование) или других (множественное наследование) классов
Наличие механизма наследования отличает объектно-ориентированные языки от объектных
Понятие родительского и дочернего классов
Класс, структура и поведение которого наследуется, называется суперклассом, надклассом, базовым или родительским классом
Класс, производный от суперкласса, называется подклассом, производным или дочерним классом
Формы наследования
В подклассе структура и поведение исходного суперкласса могут дополняться, переопределяться или ограничиваться
Исходя из этого, можно выделить различные формы наследования:
Специализация
Спецификация
Обобщение
Расширение
Ограничение
Конструирование
Варьирование
Комбинирование
Форма наследования Специализация:
Дочерний класс является более конкретным, частным или специализированным случаем родительского класса
Дочерний класс удовлетворяет спецификациям родителя во всех существенных моментах, т.е. его можно использовать вместо родительского класса
Поведение базового класса, в основном, переопределяется
Пример специализации:
Имеется класс MyEllipse, который представляет собой эллипс и поддерживает следующие операции:
- MyEllipse(MyPoint, int, int) - инициализация при создании (конструктор)
- setPos(MyPoint) - задание позиции на плоскости
- move(int, int) - перемещение на заданное смещение по горизонтали и вертикали
- draw() - отрисовка самого себя
Класс MyCircle, представляющий собой окружность, может быть порожден как специализация базового класса MyEllipse, т.к. поддерживает те же операции, но переопределяет их реализацию
Класс MySquare (квадрат) является специализацией класса MyRectangle (прямоугольник)
Форма наследования Спецификация
Родительский класс описывает поведение, которое реализуется в дочернем классе, но оставлено нереализованным в родительском
В таких случаях родительский класс называют абстрактно-специфицированным классом
Пример спецификации: Имеются классы плоскостных графических примитивов − MyLine, MyRectangle, MyTriangle и MyEllipse Классы должны поддерживать единый набор операций:
- setPos(int, int) - задание позиции на плоскости
- move(int, int) - перемещение на заданное смещение по горизонтали и вертикали
- draw() - отрисовка самого себя
Чтобы гарантировать наличие указанных операций, нужно определить обобщенный графический примитив MyGraphicsPrimitive2D, который будет содержать в себе эти операции
Ни одна из указанных операций не будет реализована в этом классе, т.к. их реализация зависит от типа примитива
Класс MyGraphicsPrimitive2D является абстрактным и от него нельзя порождать экземпляры.
Форма наследования Обобщение:
Дочерний класс модифицирует и переопределяет некоторые методы родительского класса с целью получения объекта более общей категории
Данная форма наследования противоположна специализации и обычно применяется, когда построение происходит на основе существующих классов, которые мы не хотим или не можем изменять
Пример обобщения:
От класса «список» MyList, который реализует список с возможностью доступа к его голове и хвосту, наследуется класс «контейнер» MyContainer, который реализует произвольный доступ к элементам
В дочернем классе по сравнению с родительским имеются методы добавления элементов в начало, конец и произвольную позицию контейнера и т.д.
Форма наследования Расширение:
Дочерний класс добавляет новые функциональные возможности к родительскому классу, но не меняет наследуемое поведение
В отличие от обобщения или специализации при расширении дочерний класс не переопределяет ни одного метода базового класса, а добавленные методы слабо связаны с существующими методами родителя
Пример расширения:
На основе обобщенного графического примитива MyGraphicsPrimitive2D в двумерной плоскости можно определить производный класс MyAreaPrimitive2D, который определяет все примитивы, имеющие площадь
По сравнению с базовым классом в класс MyAreaPrimitive2D добавлен метод area(), который возвращает площадь плоскостной фигуры
Форма наследования Ограничение
Дочерний класс ограничивает использование некоторых методов родительского класса
Так же, как и при обобщении, порождение для ограничения чаще всего возникает, когда, программист строит класс на основе существующей иерархии классов, которая не должна или не может быть изменена
Пример ограничения:
Имеется класс MyDeque, представляющий собой двустороннюю очередь (элементы добавляются и извлекаются с любого конца)
На основе класса MyDeque порождается класс MyStack, представляющий собой стек, в котором добавление и извлечение элементов осуществляется только из одного конца
Класс MyStack должен скрыть методы добавления и извлечения элементов из другого конца очереди
Форма наследования Конструирование
Дочерний класс использует методы, предопределяемые родительским классом
Между дочерним и родительским классами отсутствует отношение «is-a» или «быть экземпляром», то-есть дочерний класс не является более специализированной формой родительского класса
Обычно для реализации такой формы наследования используется механизм закрытого наследования
Дочерний класс часто изменяет не только имена методов базового класса, но и аргументы
Пример конструирования:
Класс олимпийских колец MyOlimpicRings наследуется от класса MyCircle
Класс MyOlimpicRings для собственной отрисовки использует операции базового класса move(int, int) и draw()
Форма наследования Варьирование:
Варьирование наблюдается, когда два класса имеют сходную реализацию и находятся примерно на од- ном уровне иерархии, т.е. являются частными случаями более общего понятия
Пример варьирования:
Имеется класс MySlider, который представляет собой элемент управления «бегунок»
На его основе можно породить класс MyDial, представляющий собой «циферблат». Этот класс во многом схож с MySlider, т.е. по своей сути является «круговым бегунком»
Пример избавления от варьирования:
Однако лучшей альтернативой является выделение общего кода в абстрактный класс, например, MyAbstractSlider, и порождение обоих классов от этого общего предка
Такой путь может быть недоступен при доработке уже существующего класса
Форма наследования Комбинирование
Дочерний класс наследует черты более чем одного родительского класса
Для комбинирования классов используется механизм множественного наследования
Пример комбинирования:
Имеется класс MyWidget, который обеспечивает базовое поведение всех элементов управления
Имеется класс MyTimer, представляющий собой таймер
Для реализации виджета «секундомер» создается класс MyStopWatch, который наследует поведение сразу двух базовых классов
При таком подходе класс MyStopWatch можно использовать и как элемент управления, и как таймер ("играет" сразу две роли)
Правильные формы наследования (подход "is-a")
К правильным формам относятся только те, в которых между дочерним и родительским классом возникает отношение "is-a" или "быть экземпляром" или "обобщение−специализация", т.е. дочерний класс является частным случаем своего предка
"Лакмусовая бумажка" наследования − это обратная проверка: если B не есть A, то B не стоит производить от A
Утверждение «прямоугольник не есть частный случай квадрата» верно, поэтому класс MyRectangle не должен наследоваться от MySquare
Утверждение «окружность не есть частный случай эллипса» неверно, поэтому класс MyCircle должен наследоваться от MyEllipse
Утверждение «олимпийские кольца не есть частный случай окружности» верно, поэтому класс MyOlimpicRings не должен наследоваться от MyCircle
Правильные формы наследования (подход "is-a"):
Специализация
Спецификация
Расширение (в большинстве случаев)
Ограничение (иногда)
Комбинирование (иногда)
Форму наследования можно считать правильной, если между суперклассом и подклассом имеется отношение "тип−подтип" ,т.е. выполняется принцип подстановки
Принцип подстановки: говорят, что тип B является подтипом A, если мы можем в любой ситуации подставить экземпляр класса B вместо экземпляра класса A без каких-либо видимых изменений в поведении
Для того чтобы класс B был подтипом класса A, он должен иметь схожее поведение с классом A во всех существенных моментах
Схожее поведение означает, что класс B должен поддерживать тот же набор методов, что и класс A, при этом семантика реализуемых методов должна быть сопоставима
Пример: В любом месте программы вместо класса MyGraphicsPrimitive2D, представляющего собой обобщенный графический примитив на плоскости, можно подставить классы MyLine (линия), MyRectangle (прямоугольник) и MyEllipse (эллипс)
Правильные формы наследования (подход "тип−подтип"):
Специализация
Спецификация
Обобщение
Расширение
Конструирование (очень редко)
Варьирование (иногда)
Комбинирование
"Абсолютно" правильные формы наследования:
Специализация
Спецификация
Расширение - если производный класс есть частный случай базового
Комбинирование - если производный класс есть частный случай базовых и является подтипом базовых типов
"Допустимые" формы наследования: Если используется готовая библиотека классов, то допустимы следующие формы наследования:
Обобщение
Ограничение
Варьирование
Комбинирование - если производный класс не является частным случаем базовых
"Недопустимые" формы наследования: Конструирование всегда является недопустимой формой наследования и всегда может быть заме- нено на отношение агрегации или использования между классами
