如何理解基類和派生類的關系

在開講之前，我們先看基類和派生類的定義。為了方便顯示，我把方法的聲明和定義寫在了一起。

基類

class Person {
// 設置為protected方便調用
protected:
    string name;
    string sex;
    string living;
public:
    Person() {
        this->name = "Jack";
        this->sex = "unknown";
        this->living = "house";
    }

    Person(const string name, const string sex, const string living) {
        this->name = name;
        this->sex = sex;
        this->living = living;
    }
	
    // 派生類重寫的方法
    void talk() {
        cout << "I am a person, my name is " + this->name;
        cout << endl;
    }
    
    // 返回住所
    string whereLiving(){
        return this->living;
    }
};

派生類

// 繼承自Person類
class Student : public Person {
public:
    Student() {
        // 隱式調用基類構造方法
    }

    Student(const string name, const string sex, const string living)
        :Person(name, sex, living) {
        //調用基類有參構造方法
    }

    // 重寫基類方法
    void talk() {
        cout << "I am a student, my name is " + this->name;
    }
    
    // 派生類自己的方法
    void goSchool(){
        cout << "I love study" << endl;
    }
};

1. 派生類對象可以調用基類的方法

這個應該是眾人皆知的，這也是繼承的最大作用，最大限度地復用了代碼。

    Student s; // 創建Student對象
    s.say();   // 派生類調用基類方法

//輸出
// I am from Base Class

2. 基類指針（引用）可以在不進行顯式類型轉換的情況下指向（引用）派生類對象

    // 創建派生類對象
    Student s;

    Person* pp = &s;    // 基類指針指向派生類對象
    Person& pr = s;     // 基類引用引用派生類對象

    pp->talk();
    pr.talk();

//輸出
//I am a person, my name is Jack
//I am a person, my name is Jack

誒，看到這里有人問了。我這個指針和引用不是都針對的是派生類嗎？為什么會輸出"I am a person"呢？這明明是基類的方法啊？(這里為了舉例，特地沒有采用虛函數的方式，具體虛函數的實現方式可以參見如何理解基類和派生類的關系

不着急，看第三條。但是再看第三條之前，我們必須說明。雖然基類的指針和引用可以指向、引用派生類，但是反過來是絕對不可以的。派生類的指針和引用是絕對不可以指向、引用基類的。

    // 創建基類對象
    Person p;

    Student* sp = &p;    // 報錯
    Student& sr = p;     // 報錯

至於為什么，我們先看第三條。

3. 基類指針（引用）只能用於調用基類方法

    // 創建派生類對象
    Student s;

    Person* pp = &s;    // 基類指針指向派生類對象
    Person& pr = s;     // 基類引用引用派生類對象

    pp->talk();         // ok
    pr.talk();          // ok

    pp->goSchool();     // 報錯
    pr.goSchool();      // 報錯

如代碼所示，如果我用Person的指針和引用調派生類Student自己的方法goSchool()，那么編譯器是絕對不會通過的。

這么做是非常有道理的，是滿足繼承的要求的。例如，編譯器允許基類引用隱式地引用派生類對象，可以利用該基類引用為所引用的派生類對象調用基類的方法。因為基類和派生類有繼承的關系，這么做是合情合理的。

但是反過來，如果派生類引用能調用基類方法是很荒謬的。一個Student引用，應該是一個Student的別名。那么他就應該上學，這是學生該做的事情。但是不是所有人都是學生，都該去上學。所以我用Student引用讓一個Person去上學是很可笑的，是沒有意義的。

基類指針和引用能夠指向、引用派生類的特性，可以說是多態實現的基礎。例如，基類引用定義的函數或者指針參數可用於基類對象或者派生類對象。

舉個例子，我有另外一個類叫做Worker也繼承自Person。假如我現在有個函數，叫做睡覺。

void sleep(Person& p){
    cout << "I sleep in " + p.whereLiving() << endl; 
}

但是Student要睡在dormitory里，而Worker睡在apartment里面，我總不能一個一個判斷是什么對象吧？所以上面這種實現，就可以很好的實現多態。

	Student s("Mary","Female","Dormitory");
    sleep(s);

//輸出
//I sleep in Dormitory

可以看見，雖然基類引用對派生類的引用無法調用派生類的方法，但是卻可以調用它的繼承下來的成員變量（當然派生類自己新定義的成員變量是不可以通過基類指針、引用來訪問的）。

4. 派生類指針可以強制轉換為基類指針

雖然派生類指針不能指向基類對象，但是可以強制讓它降級。

    Student s("Tom","Male","Studio");   // 創建派生類對象  
    Student* sp = &s;           	    // 創建s對象的指針
    Person* pp = (Person*)sp;   		// 派生類指針強制轉換為基類指針
    cout << pp->whereLiving();			// 輸出 Studio

但是注意，這個操作不建議反過來。基類指針強制轉換為派生類指針容易導致崩潰性錯誤。