C++类的复合和继承关系（C++继承类和封闭类的关系）

在 C++ 中，类和类之间有两种基本关系：复合关系和继承关系。

复合关系也称为“has a”关系或“有”的关系，表现为封闭类，即一个类以另一个类的对象作为成员变量。如上节中 CStudent 类的例子，每个 CStudent 对象都“有”一个 string 类的成员变量 name，代表姓名。

继承关系也称为“is a”关系或“是”的关系，即派生类对象也是一个基类对象。如在上节的程序中，CUndergraduateStudent 类（代表本科生）继承了 CStudent 类（代表学生）。因为本科生也是学生，因此可以说，每一个 CUndergraduateStudent 类的对象也是一个 CStudent 类的对象。

在设计两个有关系的类时要注意，并非两个类有共同点，就可以让它们成为继承关系。让类 B 继承类 A，必须满足“类 B 所代表的事物也是类 A 所代表的事物”这个命题从逻辑上是成立的。例如，写一个平面上的点类 CPoint:：

class CPoint{
    double x, y;  //点的坐标
};

又要写一个圆类 CCircle。CCircle 类有圆心，圆心也是平面上的一点，因而 CCircle 类和 CPoint 类似乎有相同的成员变量。如果因此就让 CCircle 类从 CPoint 类派生而来，即采用如下写法：

class CCircle: public CPoint{
    double radius;  //半径
};

是不正确的。因为，“圆也是点”这个命题是不成立的。这个错误不但初学者常犯，甚至很多知名教材也以此作为继承的例子。正确的做法是使用“has a”关系，即在 CCircle 类中引入 CPoint 成员变量，代表圆心：

class CCircle
{
    CPoint center;  //圆心
    double radius;  //半径
}

这样，从逻辑上来说，每一个“圆”对象都包含（有）一个“点”对象，这个“点”对象就是圆心——这非常合理。

如果写了一个 CMan 类代表男人，后来发现又需要一个 CWoman 类代表女人，仅仅因为 CWoman 类和 CMan 类有共同之处，就让 CWoman 类从 CMan 类派生而来，同样也是不合理的。因为“一个女人也是一个男人”从逻辑上不成立。

但是让 CWoman 类包含 CMan 类成员对象就更不合适了。

此时正确的做法应该是概括男人和女人的共同特点，编写一个 CHuman 类，代表“人”，然后 CMan 类和 CWoman 类都从 CHuman 类派生。

有时，复合关系也不一定都是通过封闭类实现的，尤其当类 A 中有类 B，类 B 中又有类 A 的情况。

假设要编写一个小区养狗管理程序，该程序需要一个“主人”类，还需要一个“狗”类。狗是有主人的，主人也有狗。假定狗只有一个主人，但一个主人可以有最多 10 条狗。该如何处理“主人”类和“狗”类的关系呢？下面是一种直观的写法：

class CDog;
class CMaster  //主人
{
    CDog dogs[10];
    int dogNum;  //狗的数量
};
class CDog
{
    CMaster m;
};

这种写法是无法通过编译的。因为尽管提前对 CDog 类进行了声明，但编译到第 4 行时，编译器还是不知道 CDog 类的对象是什么样的，所以无法编译定义 dog 对象的语句。而且这种“人中有狗，狗中有人”的做法导致了循环定义。

避免循环定义的方法是在一个类中使用另一个类的指针，而不是对象作为成员变量。例如下面的写法：

class CDog;
class CMaster
{
    CDog* dogs[10];
    int dogNum;  //狗的数量
};
class CDog
{
    CMaster m;
};

上面这种写法在第 4 行定义了一个 CDog 类的指针数组作为 CMaster 类的成员对象。指针就是地址，大小固定为 4 个字节，所以编译器编译到此时不需要知道 CDog 类是什么样子。

这种写法的思想是：当一个 CMaster 对象养了一条狗时，就用 new 运算符动态分配一个 CDog 类的对象，然后在 dogs 数组中找一个元素，让它指向动态分配的 CDog 对象。

这种写法还是不够好。问题出在 CDog 对象中包含了 CMaster 对象。在多条狗的主人相同的情况下，多个 CDog 对象中的 CMaster 对象都代表同一个主人，这造成了没有必要的冗余：一个主人用一个 CMaster 对象表示足矣，没有必要对应于多个 CMaster 对象。

而且，在一对多这种情况下，当主人的个人信息发生变化时，就需要将与其对应的、位于多个 CDog 对象中的 CMaster 成员变量 m 都找出来修改，这毫无必要，而且非常麻烦。

正确的写法应该是为“狗”类设一个“主人”类的指针成员变量，为“主人”类设一个“狗”类的对象数组。如下所示：

class CMaster;
classCDog
{
    CMaster* pm;
};
class CMaster
{
    CDog dogs[10];
    int dogNum;
};

这样，主人相同的多个 CDog 对象，其 pm 指针都指向同一个 CMaster 对象。

实际上，每个主人未必都养 10 条狗，因此出于节省空间的目的，在 CMaster 类中设置 CDog 类对象的指针数组，而不是对象数组，也是一种好的写法。如下所示：

class CMaster
{
    CDog* dogs[10];
    int dogNum;
};

有的教材将类 A 的成员变量是类 B 的指针这种情况称为“类 A 知道类 B”，两个类之间是“知道”关系。