EffectiveC++读书笔记——item32（is-a原则）

1. public inheritance 的核心规则

在 C++ 的面向对象编程中，最重要的规则是：public inheritance 意味着 “is - a”。即当class D从class B公开继承时，表明每个D类型的对象也是B类型的对象，但反之不成立。例如：

class Person {... };
class Student : public Person {... };

这表明每个学生都是人，但并非每个人都是学生。任何期望参数类型为Person（或pointer - to - Person或reference - to - Person）的函数，都可以接受Student对象（或pointer - to - Student或reference - to - Student），如：

void eat(const Person& p); 
void study(const Student& s); 

Person p; 
Student s; 

eat(p); 
eat(s); 
study(s); 
// study(p);  // 错误，p不是Student

此规则仅适用于 public inheritance，private inheritance 和 protected inheritance 含义不同。

2. 违背 “is - a” 规则的案例分析

• 鸟类案例：起初可能认为企鹅是鸟，鸟能飞，于是设计如下继承体系：

class Bird {
public:
    virtual void fly();  
  ...
};

class Penguin : public Bird {  
  ...
};

但这与事实不符，因为企鹅实际不能飞。更准确的设计应区分能飞和不能飞的鸟：

class Bird {
  ...  
};

class FlyingBird : public Bird {
public:
    virtual void fly();
  ...
};

class Penguin : public Bird {
  ...  
};

当然，对于不涉及飞行处理的应用程序，最初的设计可能也适用。另外，也有人认为可让企鹅重定义fly函数以产生运行时错误，但更好的方式是通过编译器阻止非法行为，如：

class Bird {
  ...  
};

class Penguin : public Bird {
  ...  
};

Penguin p;
// p.fly();  // 错误，编译器阻止该非法行为

• 几何图形案例：从数学角度，正方形是矩形，但在 C++ 中，若Square从Rectangle公开继承，可能出现问题。例如：

class Rectangle {
public:
    virtual void setHeight(int newHeight);
    virtual void setWidth(int newWidth);
    virtual int height() const;
    virtual int width() const;
  ...
};

void makeBigger(Rectangle& r) {
    int oldHeight = r.height();
    r.setWidth(r.width() + 10);
    assert(r.height() == oldHeight);
}

class Square : public Rectangle {... };

Square s;
assert(s.width() == s.height());
makeBigger(s);
assert(s.width() == s.height());

由于正方形宽高必须相等，而makeBigger函数对矩形宽的改变与正方形的特性冲突，这表明在此场景下，用 public inheritance 模拟正方形和矩形的关系是错误的，尽管编译器允许，但代码行为可能不正确。

3. 总结

public inheritance 意味着 “is - a”，适用于基类的所有特性也应适用于派生类，因为每个派生类对象都是基类对象。在设计时，要确保遵循此规则，避免因违反该规则导致设计错误。同时，除了 “is - a” 关系，类之间还存在 “has - a” 和 “is - implemented - in - terms - of” 等关系，需正确理解并模拟这些关系。