《UML面向对象设计基础》—第1章1.7节继承

本节书摘来自异步社区《UML面向对象设计基础》一书中的第1章1.7节继承，作者【美】Meliir Page-Jones，更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看。

1.7 继承
UML面向对象设计基础
如果你写了一个类C，后来又发现一个类D 除一些额外的属性和操作外与类C几乎是一样的，你会怎么办呢？一种办法是简单地复制C的所有属性和操作，然后将其放到D中。但这种方法不仅增加了额外的工作，而且复制本身也存在维护的麻烦。更好的方法是让类D向类C“请求使用其操作”，这种方法称为继承(inheritance)。

继承（从C到D）是指类D在类C中隐式地定义其每个属性和操作，就好象

这些属性和操作是在类D本身中定义一样。

C称为D的超类。D称为C的子类。

换言之，通过继承，类D的对象可以充分利用类C对象的属性和操作 。

继承代表着面向对象与传统系统方法区别的另一个主要方面。使你可以更加有效地构造软件：

首先，构造类以便处理一般情况。
然后，为处理特殊情况，增加更特殊的类继承首批建立的类。这些新类就可以使用原来类的所有操作和属性（包括类和实例的操作和属性）。
下面的例子有助于说明上述原理。假设在航空应用中有一个类Aircraft。Aircraft可以定义名为turn的实例操作，实例属性名为course。

类Aircraft处理与任何种类的飞行器有关的活动或信息。然而一些特殊的飞行器执行特殊的活动，因此需要特殊的信息。例如，滑翔机执行特殊的活动（如释放拖链）可能需要记录特殊的信息（如是否连接拖链）。

因此，我们可以定义另一个类Glider，使其继承Aircraft。Glider有一个名为release Towline的实例操作和一个名为WeatherTowlineAttached的实例属性（属于类Boolean）。图1.7给出了结构图，空心箭头表示继承。

现在让我们来设想一段面向对象程序的继承机制，首先从类Aircraft和Glider生成对象，然后给这些对象发送消息。在这段程序后面讨论了标记为从（1）到（4）的四条语句。

var ac：Aircraft：= Aircraft.New ；

var gl：Glider：=Glider.New；

ac.turn(newCourse，out turnOK)； (1)

gl.releaseTowline； (2)

gl.turn(newCourse，out turnOK)； (3)

ac.releaseTowline；(4)

① ac表示由ac指定的对象接收消息 turn(newCourse，out turnOK) ，执行操作turn （带有适当参数）。因为ac是Aircraft的一个实例，ac将直接使用在类Aircraft中已经定义的操作turn。

② gl表示由gl指定的对象接收消息releaseTowline，执行操作releaseTowline(不需要参数)。
因为gl是Glider的一个实例，gl将直接使用在类Glider中已经定义的操作releaseTowline。

③ gl表示由gl指定的对象接收消息turn(newCourse，out turnOK)，执行操作turn(带有适当参数）。如果没有定义继承，这个消息在执行时会出错（如无定义操作-turn），因为gl是Glider的实例，而Glider中没有名为turn的操作。
然而，由于Aircraft是Glider的超类，对象gl也被允许使用Aircraft的任何操作。如果Aircraft有一个超类FlyingThing，gl将被允许使用FlyingThing的任何操作。因此，标记为（3）的代码行可以正确运行，在Aircraft中定义的操作turn也会被执行。

④ 这行代码不会执行！ac为Aircraft的实例，没有定义名为releaseTowline 的操作。继承在这里用不上，只有Glider类定义了releaseTowline操作，并且Glider是Aircraft的子类。由于从Glider 到Aircraft方向没有继承，系统将由于错误而停止运行。这样设计是合理的，因为ac可能表示大型喷气式飞机，操作releaseTowline对其没有意义。

在1.6节讨论了类和对象的区别。现在我们知道对象和实例之间也存在细微的差别。尽管目前为止我们将“对象”和“实例”几乎同样对待，在某种意义上继承允许一个对象同时是多个类的实例。

在现实世界中也是如此。如果你拥有一个滑翔机，当然完全拥有一个尾部具有标识（句柄）的对象。这架滑翔机（显然）是滑翔机的一个例子，同时也是飞行器的例子。概念上讲，你拥有的这个对象是Glider的实例，也是Aircraft的实例。

实际上，上述例子说明了一个有效使用继承的有效测试。如果可以说“某个D是某个C”，则D差不多就是C的子类。因此，既然可以说“滑翔机是某种飞行器”，则类Glider应该是类Aircraft（飞行器）的子类，在第10、11和12章将进一步讨论继承的正确使用方法。

让我们进一步探讨继承。gl表示由gl引用的对象在运行时是两部分的融合。一部分是为Glider定义的实例操作和实例属性；另一部分是为Aircraft定义的实例操作和实例属性。如图1.18所示。

在大多数语言中，继承子类继承超类所提供的一切信息；子类不能有选择地继承。但可以通过技巧使子类略去继承的操作，这将在第1.8节讨论。

采用好的面向对象语言实现继承的实际代码非常直观。只需声明每个子类继承哪个超类。例如：

class Glider inherits from Aircraft；

这个继承的例子为单继承，指每个类至多有一个直接超类。此外，还有多继承的情形。多继承指每个类可以有任意多个直接超类。

多继承能将单继承的继承树转换为继承框架，如图1.19所示。

多继承引入了一些设计上的难题，因为子类从多个父辈继承，可能引起继承操作或属性的冲突。冲突的操作具有相同的名字，继承子类不能容易地表述继承的是哪个操作。

诸如命名冲突问题影响了多继承的声誉。多年来，对多继承的谴责和赞成已经到了炙热化的程度。我声明我是赞同多继承的，因为现实中需要频繁使用多继承的子类。正如图1.19所示，类PassengerAircraft合理地从类Aircraft和类PessengerVehicle获得继承。

因为多继承可能建立复杂和难以理解的结构，因此，使用多继承比使用单继承要更加慎重。目前为止，C++和Eiffel两个主要语言支持多继承，而另外两个主要语言Java和Smalltalk则不支持多继承。

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