Наследование (англ.) — концепция объектно-ориентированного программирования , согласно которой абстрактный тип данных может наследовать данные и функциональность некоторого существующего типа, способствуя повторному использованию компонентов программного обеспечения .

Терминология

В объектно-ориентированном программировании , начиная с Simula 67 , абстрактные типы данных называются классами .

Суперкласс ( англ. super class), родительский класс ( англ. parent class), предок, родитель или надкласс — класс, производящий наследование в подклассах, т. е. класс, от которого наследуются другие классы. Суперклассом может быть подкласс, базовый класс, абстрактный класс и интерфейс.

Подкласс ( англ. subclass), производный класс ( англ. derived class), дочерний класс ( англ. child class), класс потомок, класс наследник или класс-реализатор — класс, наследуемый от суперкласса или интерфейса, т. е. класс определённый через наследование от другого класса или нескольких таких классов. Подклассом может быть суперкласс.

Базовый класс ( англ. base class) — это класс, находящийся на вершине иерархии наследования классов и в основании дерева подклассов, т. е. не являющийся подклассом и не имеющий наследований от других суперклассов или интерфейсов. Базовым классом может быть абстрактный класс и интерфейс. Любой не базовый класс является подклассом.

Интерфейс ( англ. interface) — это структура, определяющая чистый интерфейс класса, состоящий из абстрактных методов. Интерфейсы участвуют в иерархии наследований классов и интерфейсов.

Суперинтерфейс ( англ. super interface) или интерфейс-предок — это аналог суперкласса в иерархии наследований, т. е. это интерфейс производящий наследование в подклассах и подинтерфейсах.

Интерфейс-потомок, интерфейс-наследник или производный интерфейс ( англ. derived interface) — это аналог подкласса в иерархии наследований интерфейсов, т. е. это интерфейс наследуемый от одного или нескольких суперинтерфейсов.

Базовый интерфейс — это аналог базового класса в иерархии наследований интерфейсов, т. е. это интерфейс, находящийся на вершине иерархии наследования.

Иерархия наследования или иерархия классов — дерево, элементами которого являются классы и интерфейсы.

Применение

Наследование является механизмом повторного использования кода (англ. code reuse ) и способствует независимому расширению программного обеспечения через открытые классы (англ. public classes) и интерфейсы (англ. interfaces). Установка отношения наследования между классами порождает иерархию классов (англ. class hierarchy).

Наследование и полиморфизм подтипов

Часто наследование отождествляют с полиморфизмом подтипов (англ. subtyping):

• Концептуально, полиморфизм подтипов устанавливает отношение: «является» (англ.), — тем самым имитируя семантическое отношение наследования;
• В свою очередь наследование в большей степени относится к повторному использованию кода , то есть определяет синтаксическое отношение.

Несмотря на приведённое выше замечание, наследование является широко используемым механизмом установки отношения «является» (англ. is-a relationship). Некоторые языки программирования согласуют наследование и полиморфизм подтипов (в основном, это относится к языкам со статической типизацией : C++ , C# , Java и Scala ) — в то время как другие разделяют вышеописанные концепции.

Наследование, — даже в языках программирования, которые поддерживают применение наследования как механизма, обеспечивающего полиморфизм подтипов, — не гарантирует поведенческий полиморфизм подтипов; смотри: «Принцип подстановки» Барбары Лисков .

Типы наследования

«Простое» наследование

«Простое» наследование, иногда называемое одиночным наследованием, описывает родство между двумя классами: один из которых наследует второму. Из одного класса могут выводиться многие классы, но даже в этом случае подобный вид взаимосвязи остается «простым» наследованием.

Абстрактные классы и создание объектов

Для некоторых языков программирования справедлива следующая концепция.

Существуют «абстрактные» классы (объявляемые таковыми произвольно или из-за приписанных им абстрактных методов ); их можно описывать имеющими поля и методы . Создание же объектов (экземпляров) означает конкретизацию , применимую лишь к неабстрактным классам (в том числе, к неабстрактным наследникам абстрактных), — представителями которых, по итогу, будут созданные объекты.

Пример: Пусть базовый класс «Сотрудник ВУЗа », — от которого наследуются классы « Аспирант » и « Профессор », — абстрактный. Общие поля и функции классов (например, поле «Год рождения») могут быть описаны в базовом классе. И в программе будут созданы объекты только производных классов: «Аспирант» и «Профессор»; обычно нет смысла создавать объекты базовых классов.

Множественное наследование

При множественном наследовании у класса может быть более одного предка. В этом случае класс наследует методы всех предков. Достоинства такого подхода в большей гибкости.

Множественное наследование реализовано в C++ . Из других языков, предоставляющих эту возможность, можно отметить Python и Eiffel . Множественное наследование поддерживается в языке UML .

Множественное наследование — потенциальный источник ошибок, которые могут возникнуть из-за наличия одинаковых имён методов в предках. В языках, которые позиционируются как наследники C++ ( Java , C# и другие), от множественного наследования было решено отказаться в пользу интерфейсов . Практически всегда можно обойтись без использования данного механизма. Однако, если такая необходимость всё-таки возникла, то для разрешения конфликтов использования наследованных методов с одинаковыми именами возможно, например, применить операцию расширения видимости — «::» — для вызова конкретного метода конкретного родителя.

Попытка решения проблемы наличия одинаковых имён методов в предках была предпринята в языке Eiffel , в котором при описании нового класса необходимо явно указывать импортируемые члены каждого из наследуемых классов и их именование в дочернем классе.

Большинство современных объектно-ориентированных языков программирования ( C# , Java , Delphi и другие) поддерживают возможность одновременно наследоваться от класса-предка и реализовать методы нескольких интерфейсов одним и тем же классом. Этот механизм позволяет во многом заменить множественное наследование — методы интерфейсов необходимо переопределять явно, что исключает ошибки при наследовании функциональности одинаковых методов различных классов-предков.

Единый базовый класс

В ряде языков программирования, все классы, — явно или неявно, — наследуются от некоего базового класса. Smalltalk был одним из первых языков, в которых использовалась эта концепция. К таким языкам также относятся: Objective-C (класс NSObject ), Perl ( UNIVERSAL ), Eiffel ( ANY ), Java ( java.lang.Object ), C# ( System.Object ), Delphi ( TObject ), Scala ( Any ).

Наследование в языках программирования

C++

Наследование в C++ :

class A {}; // Базовый класс class B : public A {}; // Public-наследование class C : protected A {}; // Protected-наследование class Z : private A {}; // Private-наследование 

В C++ существует три типа наследования: public , protected , private . Спецификаторы доступа членов базового класса меняются в потомках следующим образом:

• Если класс объявлен как базовый для другого класса со спецификатором доступа …
  • … public :
    • public-члены базового класса — доступны как public-члены производного класса;
    • protected-члены базового класса — доступны как protected-члены производного класса;
  • … protected :
    • public- и protected-члены базового класса — доступны как protected-члены производного класса;
  • … private :
    • public- и protected-члены базового класса — доступны как private-члены производного класса.

Одним из основных преимуществ public-наследования является то, что указатель на классы-наследники может быть неявно преобразован в указатель на базовый класс, то есть для примера выше можно написать:

A* a = new B(); 

Эта интересная особенность открывает возможность динамической идентификации типа (RTTI).

Delphi (Object Pascal)

Для использования механизма наследования в Delphi необходимо в объявлении класса в скобках class указать класс предок:

Предок:

TAncestor = class private protected public // Виртуальная процедура procedure VirtualProcedure; virtual; abstract; procedure StaticProcedure; end; 

Наследник:

TDescendant = class(TAncestor) private protected public // Перекрытие виртуальной процедуры procedure VirtualProcedure; override; procedure StaticProcedure; end; 

Абсолютно все классы в Delphi являются потомками класса . Если класс-предок не указан, то подразумевается, что новый класс является прямым потомком класса TObject .

Множественное наследование в Delphi изначально принципиально не поддерживается, однако для тех, кому без этого не обойтись всё же имеются такие возможности, например, за счёт использования классов-помощников (Сlass Helpers).

Python

Python поддерживает как одиночное, так и множественное наследование. При доступе к атрибуту, просмотр производных классов происходит в порядке разрешения метода ( англ. method resolution order, MRO) .

class Ancestor1(object): # Предок-1 def m1(self): pass class Ancestor2(object): # Предок-2 def m1(self): pass class Descendant(Ancestor1, Ancestor2): # Наследник def m2(self): pass d = Descendant() # Инстанциация print d.__class__.__mro__ # Порядок разрешения метода: 

(<class '__main__.Descendant'>, <class '__main__.Ancestor1'>, <class '__main__.Ancestor2'>, <type 'object'>) 

С версии Python 2.2 в языке сосуществуют «классические» классы и «новые» классы. Последние являются наследниками object . «Классические» классы будут поддерживаться вплоть до версии 2.6, но удалены из языка в Python 3.0.

Множественное наследование применяется в Python, в частности, для введения в основной класс классов-примесей ( англ. mix-in).

PHP

Для использования механизма наследования в PHP необходимо в объявлении класса после имени объявляемого класса-наследника указать слово extends и имя класса-предка:

class Descendant extends Ancestor { } 

В случае перекрытия классом-наследником методов предка, доступ к методам предка можно получить с использованием ключевого слова parent :

class A { function example() { echo "Вызван метод A::example().<br />\n"; } } class B extends A { function example() { echo "Вызван метод B::example().<br />\n"; parent::example(); } } 

Можно предотвратить перекрытие классом-наследником методов предка; для этого необходимо указать ключевое слово final :

class A { final function example() { echo "Вызван метод A::example().<br />\n"; } } class B extends A { function example() { //вызовет ошибку parent::example(); //и никогда не выполнится } } 

Чтобы при наследовании обратиться к конструктору родительского класса, необходимо дочернему классу в конструкторе указать parent::__construct();

Objective-C

@interface A : NSObject - (void) example; @end @implementation - (void) example { NSLog(@"Class A"); } @end @interface B : A - (void) example; @end @implementation - (void) example { NSLog(@"Class B"); } @end 

В интерфейсе объявляют методы, которые будут видны снаружи класса (public).

Внутренние методы можно реализовывать без интерфейса. Для объявления дополнительных свойств, пользуются interface-extension в файле реализации.

Все методы в Objective-C виртуальные.

Java

Пример наследования от одного класса и двух интерфейсов :

 public class A { } public interface I1 { } public interface I2 { } public class B extends A implements I1, I2 { } 

Директива final в объявлении класса делает наследование от него невозможным.

C#

Пример наследования от одного класса и двух интерфейсов :

 public class A { } public interface I1 { } public interface I2 { } public class B : A, I1, I2 { } 

Наследование от типизированных классов можно осуществлять, указав фиксированный тип, либо путём переноса переменной типа в наследуемый класс:

 public class A<T> { } public class B : A<int> { } public class B2<T> : A<T> { } 

Допустимо также наследование вложенных классов от классов, их содержащих:

 class A // default class A is internal, not public class B can not be public { class B : A { } } 

Директива sealed в объявлении класса делает наследование от него невозможным.

Ruby

class Parent def public_method "Public method" end private def private_method "Private method" end end class Child < Parent def public_method "Redefined public method" end def call_private_method "Ancestor's private method: " + private_method end end 

Класс Parent является предком для класса Child , у которого переопределён метод public_method .

child = Child.new child.public_method #=> "Redefined public method" child.call_private_method #=> "Ancestor's private method: Private method" 

Приватные методы предка можно вызывать из наследников.

JavaScript

class Parent { constructor(data) { this.data = data; } publicMethod() { return 'Public Method'; } } class Child extends Parent { getData() { return `Data: ${this.data}`; } publicMethod() { return 'Redefined public method'; } } const test = new Child('test'); test.getData(); // => 'Data: test' test.publicMethod(); // => 'Redefined public method' test.data; // => 'test' 

Класс Parent является предком для класса Child , у которого переопределен метод publicMethod .

В JavaScript используется прототипное наследование.

Конструкторы и деструкторы

В C++ конструкторы при наследовании вызываются последовательно от самого раннего предка до самого позднего потомка, а деструкторы наоборот — от самого позднего потомка до самого раннего предка.

class First { public: First() { cout << ">>First constructor" << endl; } ~First() { cout << ">>First destructor" << endl; } }; class Second: public First { public: Second() { cout << ">Second constructor" << endl; } ~Second() { cout << ">Second destructor" << endl; } }; class Third: public Second { public: Third() { cout << "Third constructor" << endl; } ~Third() { cout << "Third destructor" << endl; } }; // выполнение кода Third *th = new Third(); delete th; // результат вывода /* >>First constructor >Second constructor Third constructor Third destructor >Second destructor >>First destructor */ 

Ссылки

• [cplus.about.com/od/beginnerctutorial/l/aa121302a.htm Multiple Inheritance]

Примечания