4.3 类之间的关系(Relationships between classes)

友元函数(Friend functions)

在前面的章节中我们已经看到了对class的不同成员存在3个层次的内部保护：public， protected 和 private。在成员为 protected 和 private的情况下，它们不能够被从所在的class以外的部分引用。然而，这个规则可以通过在一个class中使用关键字friend来绕过，这样我们可以允许一个外部函数获得访问class的protected 和 private 成员的能力。

为了实现允许一个外部函数访问class的private 和 protected 成员，我们必须在class内部用关键字friend来声明该外部函数的原型，以指定允许该函数共享class的成员。在下面的例子中我们声明了一个 friend 函数 duplicate：

// friend functions #include <iostream.h> class CRectangle { int width, height; public: void set_values (int, int); int area (void) {return (width * height);} friend CRectangle duplicate (CRectangle); }; void CRectangle::set_values (int a, int b) { width = a; height = b; } CRectangle duplicate (CRectangle rectparam) { CRectangle rectres; rectres.width = rectparam.width*2; rectres.height = rectparam.height*2; return (rectres); } int main () { CRectangle rect, rectb; rect.set_values (2,3); rectb = duplicate (rect); cout << rectb.area(); }

24

函数duplicate是CRectangle的friend，因此在该函数之内，我们可以访问CRectangle 类型的各个object的成员 width 和 height。注意，在 duplicate()的声明中，及其在后面main()里被调用的时候，我们并没有把duplicate 当作class CRectangle的成员，它不是。

friend 函数可以被用来实现两个不同class之间的操作。广义来说，使用friend 函数是面向对象编程之外的方法，因此，如果可能，应尽量使用class的成员函数来完成这些操作。比如在以上的例子中，将函数duplicate() 集成在class CRectangle 可以使程序更短。

友元类 (Friend classes)

就像我们可以定义一个friend 函数，我们也可以定义一个class是另一个的friend，以便允许第二个class访问第一个class的 protected 和 private 成员。

// friend class #include <iostream.h> class CSquare; class CRectangle { int width, height; public: int area (void) {return (width * height);} void convert (CSquare a); }; Class CSquare { private: int side; public: void set_side (int a){side=a;} friend class CRectangle; }; void CRectangle::convert (CSquare a) { width = a.side; height = a.side; } int main () { CSquare sqr; CRectangle rect; sqr.set_side(4); rect.convert(sqr); cout << rect.area(); return 0; }

16

在这个例子中，我们声明了CRectangle 是CSquare 的friend，因此CRectangle可以访问CSquare 的protected 和 private 成员，更具体地说，可以访问CSquare::side，它定义了正方形的边长。

在上面程序的第一个语句里你可能也看到了一些新的东西，就是class CSquare空原型。这是必需的，因为在CRectangle 的声明中我们引用了CSquare (作为convert()的参数)。CSquare 的定义在CRectangle的后面，因此如果我们没有在这个class之前包含一个CSquare 的声明，它在CRectangle中就是不可见的。

这里要考虑到，如果没有特别指明，友元关系（friendships）并不是相互的。在我们的CSquare 例子中，CRectangle 是一个friend类，但因为CRectangle 并没有对CSquare作相应的声明，因此CRectangle 可以访问CSquare 的 protected 和private 成员，但反过来并不行，除非我们将 CSquare 也定义为CRectangle的 friend。

类之间的继承(Inheritance between classes)

类的一个重要特征是继承，这使得我们可以基于一个类生成另一个类的对象，以便使后者拥有前者的某些成员，再加上它自己的一些成员。例如，假设我们要声明一系列类型的多边形，比如长方形CRectangle或三角形CTriangle。它们有一些共同的特征，比如都可以只用两条边来描述：高（height）和底（base）。

这个特点可以用一个类CPolygon 来表示，基于这个类我们可以引申出上面提到的两个类CRectangle 和 CTriangle 。

类CPolygon 包含所有多边形共有的成员。在我们的例子里就是： width 和 height。而CRectangle 和 CTriangle 将为它的子类(derived classes)。

由其它类引申而来的子类继承基类的所有可视成员，意思是说，如果一个基类包含成员A ，而我们将它引申为另一个包含成员B的类，则这个子类将同时包含 A 和 B。

要定义一个类的子类，我们必须在子类的声明中使用冒号(colon)操作符: ，如下所示：class derived_class_name: public base_class_name;

这里derived_class_name 为子类(derived class)名称，base_class_name 为基类(base class)名称。public 也可以根据需要换为protected 或 private，描述了被继承的成员的访问权限，我们在以下例子后会很快看到：

// derived classes #include <iostream.h> Class CPolygon { protected: int width, height; public: void set_values (int a, int b) { width=a; height=b;} }; class CRectangle: public CPolygon { public: int area (void){ return (width * height); } }; class CTriangle: public CPolygon { public: int area (void){ return (width * height / 2); } }; int main () { CRectangle rect; CTriangle trgl; rect.set_values (4,5); trgl.set_values (4,5); cout << rect.area() << endl; cout << trgl.area() << endl; return 0; }

20 10

如上所示，类 CRectangle 和 CTriangle 的每一个对象都包含CPolygon的成员，即： width, height 和 set_values()。

标识符protected 与 private类似，它们的唯一区别在继承时才表现出来。当定义一个子类的时候，基类的protected 成员可以被子类的其它成员所使用，然而private 成员就不可以。因为我们希望CPolygon的成员width 和 height能够被子类CRectangle 和 CTriangle 的成员所访问，而不只是被CPolygon自身的成员操作，我们使用了protected 访问权限，而不是 private。

下表按照谁能访问总结了不同访问权限类型：

可以访问	public	protected	private
本class的成员	yes	yes	yes
子类的成员	yes	yes	no
非成员	yes	no	no

这里”非成员”指从class以外的任何地方引用，例如从main()中，从其它的class中或从全域(global)或本地(local)的任何函数中。

在我们的例子中，CRectangle 和CTriangle 继承的成员与基类CPolygon拥有同样的访问限制：

   CPolygon::width           // protected access
   CRectangle::width         // protected access
   CPolygon::set_values()    // public access
   CRectangle::set_values()  // public access
   

这是因为我们在继承的时候使用的是public，记得我们用的是：class CRectangle: public CPolygon;

这里关键字 public 表示新的类(CRectangle)从基类(CPolygon)所继承的成员必须获得最低程度保护。这种被继承成员的访问限制的最低程度可以通过使用 protected 或 private而不是public来改变。例如，daughter 是mother 的一个子类，我们可以这样定义：class daughter: protected mother;

这将使得protected 成为daughter 从mother处继承的成员的最低访问限制。也就是说，原来mother 中的所有public 成员到daughter 中将会成为protected 成员，这是它们能够被继承的最低访问限制。当然这并不是限制daughter 不能有它自己的public 成员。最低访问权限限制只是建立在从mother中 继承的成员上的。

最常用的继承限制除了public 外就是private ，它被用来将基类完全封装起来，因为在这种情况下，除了子类自身外，其它任何程序都不能访问那些从基类继承而来的成员。不过大多数情况下继承都是使用public的。

如果没有明确写出访问限制，所有由关键字class 生成的类被默认为private ，而所有由关键字struct 生成的类被默认为public。

什么是从基类中继承的? (What is inherited from the base class?)

理论上说，子类(drived class)继承了基类(base class)的所有成员，除了：

• 构造函数Constructor 和析构函数destructor
• operator=() 成员
• friends

虽然基类的构造函数和析构函数没有被继承，但是当一个子类的object被生成或销毁的时候，其基类的默认构造函数 (即，没有任何参数的构造函数)和析构函数总是被自动调用的。

如果基类没有默认构造函数，或你希望当子类生成新的object时，基类的某个重载的构造函数被调用，你需要在子类的每一个构造函数的定义中指定它：derived_class_name (parameters) : base_class_name (parameters) {}

例如 （注意程序中黑体的部分）：

// constructors and derivated classes #include <iostream.h> class mother { public: mother () { cout << “mother: no parameters\n”; } mother (int a) { cout << “mother: int parameter\n”; } }; class daughter : public mother { public: daughter (int a) { cout << “daughter: int parameter\n\n”; } }; class son : public mother { public: son (int a) : mother (a) { cout << “son: int parameter\n\n”; } }; int main () { daughter cynthia (1); son daniel(1); return 0; }

mother: no parameters daughter: int parameter mother: int parameter son: int parameter

观察当一个新的daughter object生成的时候mother的哪一个构造函数被调用了，而当新的son object生成的时候，又是哪一个被调用了。不同的构造函数被调用是因为daughter 和 son的构造函数的定义不同：

   daughter (int a)          // 没有特别制定：调用默认constructor
   son (int a) : mother (a)  // 指定了constructor: 调用被指定的构造函数
   

多重继承(Multiple inheritance)

在C++ 中，一个class可以从多个class中继承属性或函数，只需要在子类的声明中用逗号将不同基类分开就可以了。例如，如果我们有一个特殊的class COutput 可以实现向屏幕打印的功能，我们同时希望我们的类CRectangle 和 CTriangle 在CPolygon 之外还继承一些其它的成员，我们可以这样写：class CRectangle: public CPolygon, public COutput {
class CTriangle: public CPolygon, public COutput {

以下是一个完整的例子：

// multiple inheritance #include <iostream.h> class CPolygon { protected: int width, height; public: void set_values (int a, int b) { width=a; height=b;} }; class COutput { public: void output (int i); }; void COutput::output (int i) { cout << i << endl; } class CRectangle: public CPolygon, public COutput { public: int area (void) { return (width * height); } }; class CTriangle: public CPolygon, public COutput { public: int area (void) { return (width * height / 2); } }; int main () { CRectangle rect; CTriangle trgl; rect.set_values (4,5); trgl.set_values (4,5); rect.output (rect.area()); trgl.output (trgl.area()); return 0; }

20 10