Các lớp cơ sở và các lớp dẫn xuất

Thường một đối tượng của một lớp thật sự là một đối tượng của lớp khác cũng được. Một hình chữ nhật là một tứ giác, vì thế lớp Rectangle có thể kế thừa từ lớp Quadrilateral. Trong khung cảnh này, lớp Quadrilateral gọi là một lớp cơ sở và lớp Rectangle gọi là một lớp dẫn xuất. Hình 5.1 cho chúng ta một vài ví dụ về kế thừa đơn.

Các ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng như SMALLTALK sử dụng thuật ngữ khác: Trong kế thừa, lớp cơ sở được gọi là lớp cha (superclass), lớp dẫn xuất được gọi là lớp con (subclass).

Lớp cơ sở	Lớp dẫn xuất
Student
GraduateStudent
UndergraduateStudent
Shape
Circle
Triangle
Rectangle
Loan
CarLoan
HomeImprovementLoan
MortgageLoan
Employee
FacultyMember
StaffMember
Acount
CheckingAcount
SavingsAcount

Hình 5.1: Một vài kế thừa đơn.

Sự kế thừa hình thành các cấu trúc phân cấp giống cây (còn gọi là cây phả hệ). Một lớp cơ sở tồn tại trong một phân cấp quan hệ với lớp dẫn xuất của nó. Một lớp có thể tồn tại chắc chắn bởi chính nó, nhưng khi một lớp được sử dụng với cơ chế của sự kế thừa thì lớp trở thành hoặc là một lớp cơ sở mà cung cấp các thuộc tính và các hành vi cho các lớp khác, hoặc là lớp trở thành một lớp dẫn xuất mà kế thừa các thuộc tính và các hành vi.

Chúng ta phát triển một phân cấp kế thừa đơn. Một trường đại học cộng đồng đặc thù có hàng ngàn người mà là các thành viên cộng đồng. Những người này gồm các người làm công và các sinh viên. Những người làm công hoặc là các thành viên khoa hoặc các thành viên nhân viên. Các thành viên khoa hoặc là các nhà quản lý hoặc giảng viên. Điều này trở thành phân cấp kế thừa như hình 5.2

Hình 5.2: Một phân cấp kế thừa cho các thành viên của trường đại học cộng đồng.

Phân cấp kế thừa quan trọng khác là phân cấp Shape ở hình 5.3.

Hình 5.3: Phân cấp lớp Shape

Để chỉ định lớp CommissionWorker được dẫn xuất từ lớp Employee, lớp CommissionWorker được định nghĩa như sau:

class CommissionWorker: public Employee

{

………….

};

Điều này được gọi là kế thừa public và là loại mà phần lớn được sử dụng. Ngoài ra chúng ta còn có kế thừa private và kế thừa protected. Với kế thừa public, các thành viên public và protected của lớp cơ sở được kế thừa như là các thành viên public và protected của lớp dẫn xuất tương ứng. Nên nhớ rằng các thành viên private của lớp cơ sở không thể truy cập từ các lớp dẫn xuất của lớp đó.

Xử lý các đối tượng lớp cơ sở và các đối tượng lớp dẫn xuất tương tự; phổ biến là được biểu diễn bằng các thuộc tính và các hành vi của lớp cơ sở. Các đối tượng của bất kỳ lớp nào dẫn xuất từ một lớp cơ sở chung có thể tất cả được xử lý như các đối tượng của lớp cơ sở đó.

Các thành viên protected:

Các thành viên public của một lớp cơ sở được truy cập bởi tất cả các hàm trong chương trình. Các thành viên private của một lớp cơ sở chỉ được truy cập bởi các hàm thành viên và các hàm friend của lớp cơ sở.

Truy cập protected phục vụ như một mức trung gian của sự bảo vệ giữa truy cập public và truy cập private. Các thành viên protected của một lớp cơ sở có thể chỉ được truy cập bởi các hàm thành viên và các hàm friend của lớp cơ sở và bởi các hàm thành viên và các hàm friend của lớp dẫn xuất.

Các thành viên lớp dẫn xuất kế thừa public có thể tham khảo tới các thành viên public và protected bằng cách sử dụng các tên thành viên.

Ép kiểu các con trỏ lớp cơ sở tới các con trỏ lớp dẫn xuất

Một đối tượng của một lớp dẫn xuất kế thừa public cũng có thể được xử lý như một đối tượng của lớp cơ sở của nó tương ứng. Nhưng ngược lại không đúng: một đối tượng lớp cơ sở cũng không tự động là một đối tượng lớp dẫn xuất.

Tuy nhiên, lập trình viên sử dụng ép kiểu để chuyển đổi một con trỏ lớp cơ sở thành một con trỏ lớp dẫn xuất.

Ví dụ 5.1: Chương trình sau sẽ được chia thành nhiều file (gồm các file .H và .CPP) và tạo một project có tên là CT5_1.PRJ gồm các file .cpp

File POINT.H:

POINT.H1: //POINT.H2: //Định nghĩa lớp Point3: #ifndef POINT_H4: #define POINT_H5:6: class Point7: {8: protected:9: float X,Y;10: public:11: Point(float A= 0, float B= 0);12: void SetPoint(float A, float B);13: float GetX() const14: {15: return X;16: }17: float GetY() const18: {19: return Y;20: }21: friend ostream & operator <<(ostream &Output, const Point &P);22: };23:24: #endif

File POINT.CPP

POINT.CPP1: //POINT.CPP2: //Định nghĩa các hàm thành viên của lớp Point3: #include <iostream.h>4: #include "point.h"5:6: Point::Point(float A, float B)7: {8: SetPoint(A, B);9: }10:11: void Point::SetPoint(float A, float B)12: {13: X = A;14: Y = B;15: }16:17: ostream & operator <<(ostream &Output, const Point &P)18: {19: Output << '[' << P.X << ", " << P.Y << ']';20: return Output;21: }

File CIRCLE.H

CIRCLE.H1: //CIRCLE.H2: //Định nghĩa lớp Circle3: #ifndef CIRCLE_H4: #define CIRCLE_H5:6: #include "point.h"7: class Circle : public Point8: {9: protected:10: float Radius;11: public:12: Circle(float R = 0.0, float A = 0, float B = 0);13: void SetRadius(float R);14: float GetRadius() const;15: float Area() const;16: friend ostream & operator <<(ostream &Output, const Circle &C);17: };18:19: #endif

File CIRCLE.CPP

CIRCLE.CPP1: //CIRCLE.CPP2: //Định nghĩa các hàm thành viên của lớp Circle3: #include <iostream.h>4: #include <iomanip.h>5: #include "circle.h"6:7: Circle::Circle(float R, float A, float B): Point(A, B) 8: {9: Radius = R;10: }11:12: void Circle::SetRadius(float R)13: {14: Radius = R;15: }16:17: float Circle::GetRadius() const18: {19: return Radius;20: }21:22: float Circle::Area() const23: {24: return 3.14159 * Radius * Radius;25: }26:27: //Xuất một Circle theo dạng: Center = [x, y]; Radius = #.##28: ostream & operator <<(ostream &Output, const Circle &C)29: {30: Output << "Center = [" << C.X << ", " << C.Y31: << "]; Radius = " << setiosflags(ios::showpoint)32: << setprecision(2) << C.Radius;33: return Output;34: }

File CT5_1.CPP:

CT5_1.CPP1: //CT5_1.CPP2: //Chương trình 5.1: Ép các con trỏ lớp cơ sở tới các con trỏ lớp dẫn xuất3: #include <iostream.h>4: #include <iomanip.h>5: #include "point.h"6: #include "circle.h"7:8: int main()9: {10: Point *PointPtr, P(3.5, 5.3);11: Circle *CirclePtr, C(2.7, 1.2, 8.9);12: cout << "Point P: "<<P<<endl<<"Circle C: "<<C<< endl;13 //Xử lý một Circle như một Point (chỉ xem một phần lớp cơ sở)14: PointPtr = &C;15: cout << endl << "Circle C (via *PointPtr): "<<*PointPtr<<endl;16 //Xử lý một Circle như một Circle17: PointPtr = &C;18: CirclePtr = (Circle *) PointPtr;19: cout << endl << "Circle C (via *CirclePtr): " << endl20:            <<*CirclePtr<< endl << "Area of C (via CirclePtr): "21:            << CirclePtr->Area() << endl;22: //Nguy hiểm: Xem một Point như một Circle23: PointPtr = &P;24: CirclePtr = (Circle *) PointPtr;25: cout << endl << "Point P (via *CirclePtr): "<< endl26:            <<*CirclePtr<< endl << "Area of object CirclePtr points to: "27:            <<CirclePtr->Area() << endl;28: return 0;29: }

Chúng ta chạy ví dụ 5.1, kết quả ở hình 5.4

Hình 5.4: Kết quả của ví dụ 5.1

Trong định nghĩa lớp Point, các thành viên dữ liệu X và Y được chỉ định là protected, điều này cho phép các lớp dẫn xuất từ lớp Point truy cập trực tiếp các thành viên dữ liệu kế thừa. Nếu các thành viên dữ liệu này được chỉ định là private, các hàm thành viên public của Point phải được sử dụng để truy cập dữ liệu, ngay cả bởi các lớp dẫn xuất.

Lớp Circle được kế thừa từ lớp Point với kế thừa public (ở dòng 7 file CIRCLE.H), tất cả các thành viên của lớp Point được kế thừa thành lớp Circle. Điều này có nghĩa là giao diện public bao gồm các hàm thành viên public của Point cũng như các hàm thành viên Area(), SetRadius() và GetRadius().

Constructor lớp Circle phải bao gồm constructor lớp Point để khởi động phần lớp cơ sở của đối tượng lớp Circle ở dòng 7 file CIRCLE.CPP, dòng này có thể được viết lại như sau:

Circle::Circle(float R, float A, float B)

: Point(A, B) //Gọi constructor của lớp cơ sở

Các giá trị A và B được chuyển từ constructor lớp Circle tới constructor lớp Point để khởi động các thành viên X và Y của lớp cơ sở. Nếu constructor lớp Circle không bao gồm constructor lớp Point thì constructor lớp Point gọi với các giá trị mặc định cho X và Y (nghĩa là 0 và 0). Nếu lớp Point không cung cấp một constructor mặc định thì trình biên dịch phát sinh lỗi.

Trong chương trình chính (file CT5_1.CPP) gán một con trỏ lớp dẫn xuất (địa chỉ của đối tượng C) cho con trỏ lớp cơ sở PointPtr và xuất đối tượng C của Circle bằng toán tử chèn dòng của lớp Point (ở dòng 14 và 15). Chú ý rằng chỉ phần Point của đối tượng C của Circle được hiển thị. Nó luôn luôn đúng để gán một con trỏ lớp dẫn xuất cho con trỏ lớp cơ sở bởi vì một đối tượng lớp dẫn xuất là một đối tượng lớp cơ sở. Con trỏ lớp cơ sở chỉ trông thấy phần lớp cơ sở của đối tượng lớp dẫn xuất. Trình biên dịch thực hiện một chuyển đổi ngầm của con trỏ lớp dẫn xuất cho một con trỏ lớp cơ sở.

Sau đó chương trình gán một con trỏ lớp dẫn xuất (địa chỉ của đối tượng C) cho con trỏ lớp cơ sở PointPtr và ép PointPtr trở về kiểu Circle *. Kết quả của ép kiểu được gán cho CirclePtr. Đối tượng C của Circle được xuất bằng cách sử dụng toán tử chèn dòng của Circle. Diện tích của đối tượng C được xuất thông qua CirclePtr. Các kết quả này là giá trị diện tích đúng bởi vì các con trỏ luôn luôn được trỏ tới một đối tượng Circle (từ dòng 17 đến 22).

Kế tiếp, chương trình gán một con trỏ lớp cơ sở (địa chỉ của đối tượng P) cho con trỏ lớp cơ sở PointPtr và ép PointPtr trở về kiểu Circle *. Kết quả của ép kiểu được gán cho CirclePtr. Đối tượng P được xuất sử dụng toán tử chèn dòng của lớp Circle. Chú ý rằng giá trị xuất của thành viên Radius "kỳ lạ". Việc xuất một Point như một Circle đưa đến một giá trị không hợp lệ cho Radius bởi vì các con trỏ luôn được trỏ đến một đối tượng Point. Một đối tượng Point không có một thành viên Radius. Vì thế, chương trình xuất giá trị "rác" đối với thành viên dữ liệu Radius. Chú ý rằng giá trị của diện tích là 0.0 bởi vì tính toàn này dựa trên giá trị không tồn tại của Radius (từ dòng 23 đến 27).Rõ ràng, truy cập các thành viên dữ liệu mà không phải ở đó thì nguy hiểm. Gọi các hàm thành viên mà không tồn tại có thể phá hủy chương trình.