解锁C++新姿势：组合与继承大揭秘

大雨淅淅

已于 2025-04-01 11:33:39 修改

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分类专栏： C++开发文章标签： c++ 开发语言面试算法

于 2025-03-28 15:00:00 首次发布

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（一）“is - a” 与 “has - a”

（二）优缺点剖析

（三）适用场景对比

五、总结：掌握组合与继承，驾驭 C++ 编程

一、C++ 的基石：组合与继承

在 C++ 的编程世界里，组合（Composition）与继承（Inheritance）就像是大厦的基石，支撑起面向对象编程（OOP）的宏伟架构。它们不仅是代码复用的关键手段，更是理解 C++ 语言特性和编写高效、可维护代码的核心概念。

组合，简单来说，就是一个类中包含其他类的对象作为成员变量，体现了一种 “has - a”（有一个）的关系。比如，汽车类（Car）中包含引擎类（Engine）、轮胎类（Tire）的对象，因为一辆汽车 “有一个” 引擎和多个轮胎。这种方式使得代码结构更加清晰，不同类的职责明确，通过组合不同的类，可以构建出复杂的系统。

继承，则是一个新类（派生类，Derived Class）可以获取已有类（基类，Base Class）的属性和方法，表现为 “is - a”（是一个）的关系。例如，轿车类（Sedan）继承自汽车类（Car），轿车 “是一种” 汽车，它自然拥有汽车的基本属性，如轮子数量、发动机等，同时还可以有自己特有的属性和方法，像更舒适的座椅、高级的导航系统等。继承为代码复用提供了一种层次化的结构，使得相似功能的代码可以被集中管理和维护。

组合和继承在 C++ 编程中无处不在，它们深刻影响着我们构建软件系统的方式。合理运用组合和继承，能够让我们的代码更加简洁、灵活和可扩展，极大地提高开发效率和代码质量。接下来，让我们深入探索这两个重要概念的细节、用法以及它们之间的区别和选择策略。

二、组合：构建代码的积木

（一）组合的概念

组合，是一种将其他类的对象作为新类的数据成员的方式，它体现了一种 “has - a”（有一个）的关系。这种关系就像是搭积木，我们把不同的积木（类对象）组合在一起，形成一个更复杂的结构（新类）。

假设我们有一个表示有理数的Rational类，现在要构建一个表示复数的Complex类。复数由实部和虚部组成，而实部和虚部都可以用有理数来表示。这时，我们就可以在Complex类中组合两个Rational类的对象，分别表示实部和虚部。代码示例如下：

class Rational {

private:

int numerator; // 分子

int denominator; // 分母

public:

Rational(int num, int den) : numerator(num), denominator(den) {}

// 其他成员函数，如加法、减法等

};

class Complex {

private:

Rational realPart; // 实部

Rational imaginaryPart; // 虚部

public:

Complex(int realNum, int realDen, int imagNum, int imagDen)

: realPart(realNum, realDen), imaginaryPart(imagNum, imagDen) {}

// 其他成员函数，如复数加法、乘法等

};

在这个例子中，Complex类 “有一个”Rational类对象作为实部，“有一个”Rational类对象作为虚部，这就是组合关系的体现。通过组合，Complex类可以利用Rational类已有的功能，而无需重新实现。

（二）组合的实现细节

在使用组合时，有一个重要的实现细节需要注意，那就是对象成员的初始化。当一个类包含其他类的对象作为成员时，这些对象成员必须在初始化列表中进行初始化，而不能在构造函数体内进行赋值。这是因为在进入构造函数体之前，对象成员已经被默认构造了一次，如果在构造函数体内再进行赋值，就相当于进行了一次额外的操作，既降低了效率，又可能引发一些潜在的问题。

比如，我们有一个A类和一个B类，B类中包含A类的对象作为成员：

class A {

public:

A(int value) : data(value) {

cout << "A constructor with value: " << data << endl;

}

private:

int data;

};

class B {

public:

// 正确的初始化方式，使用初始化列表

B(int aValue) : memberA(aValue) {

cout << "B constructor" << endl;

}

// 错误的方式，不能在构造函数体内赋值

// B(int aValue) {

// memberA = A(aValue); // 错误，memberA先默认构造，再赋值

// cout << "B constructor" << endl;

// }

private:

A memberA;

};

在上述代码中，B类的构造函数通过初始化列表来初始化memberA，这样可以确保memberA在构造时就被正确初始化，避免了不必要的默认构造和赋值操作。

（三）组合的优势

组合在 C++ 编程中具有诸多优势。它实现了代码的复用。通过组合已有的类，我们可以快速构建新的类，而无需重复编写已有的功能。就像搭积木一样，我们可以利用现有的积木块搭建出各种不同的结构，而不需要重新制造每一块积木。以std::queue和std::deque的关系为例，std::queue是通过组合std::deque实现的，std::queue利用了std::deque的接口来实现队列的功能，从而复用了std::deque的代码，避免了重复实现底层的数据结构和操作。

组合有助于维持类的封装性。当我们使用组合时，被组合的类的内部细节对于组合类来说是隐藏的。组合类只需要通过被组合类的公共接口来使用其功能，而不需要了解其内部实现。这使得代码的维护和修改更加容易，因为我们可以独立地修改被组合类的内部实现，而不会影响到组合类。

组合还可以提高代码的灵活性。我们可以在运行时动态地改变组合关系，通过更换不同的对象成员，实现不同的功能。比如，一个图形绘制类可以组合不同的形状类对象，在运行时根据用户的选择绘制不同的图形，这种灵活性是继承所难以提供的。