軽傷で済んだので継承していく

こんにちは、ぷないしんです。

昨日の記事を継承し、続きの話に入っていこうと思います。

m0can.hatenablog.com

昨日の記事の最後に

プログラム上のあちらこちらに”似て非なる”クラスが大量に存在し、開発効率、保守性が下がります。

と書きましたが、これらの問題を解決する手段として”派生”を使いましょう。

派生とは、既存ｸﾗｽの資産を継承するｸﾗｽを作り出すことです。

（派生の時は、ﾃﾞｰﾀﾒﾝﾊﾞ、ﾒﾝﾊﾞ関数などの資産を単純に継承するだけではなく、追加したり上書きしたりできる）

定義の仕方はこんな感じで

class base {
    int a;
    int b;
public:
    void func(){ /*省略*/}
};

↓派生

class Derived : base {
    int x;
public:
    void method() {/*省略*/}
}

ｸﾗｽBaseと、それを継承するDerivedを定義しています。

ｸﾗｽDerivedを定義するときにｸﾗｽ名のDerivedの後ろに【：】、そのあとに継承元のbase

これでbaseから派生したｸﾗｽDerivedが出来ました。

呼び方としては

派生元

・基底ｸﾗｽ、上位ｸﾗｽ、親ｸﾗｽ、ｽｰﾊﾟｰｸﾗｽ

派生先

・派生ｸﾗｽ、下位ｸﾗｽ、、子ｸﾗｽ、ｻﾌﾞｸﾗｽ

等があるみたいで、C++では基底ｸﾗｽ、派生ｸﾗｽと呼ぶことが多いみたいですね。

さて、この二つのｸﾗｽが持つ資産を概略を表してみます。

f:id:punainen:20210326163158p:plain

この図のように、

・基底ｸﾗｽ base

【a】と【b】の二つの変数があり、関数は≪func≫の一つです。

・派生ｸﾗｽDerived

定義を行っているときは【x】と≪method≫だけが宣言、定義されています。

ですが、baseを継承しているのでそれら二つを合わせ変数は3個、関数は２個になります。

派生ｸﾗｽは基底ｸﾗｽの資産を継承すると同時に、それを部分として含むｸﾗｽの事である。

（ちなみにｺﾝﾊﾟｲﾗによって自動的に定義されるﾃﾞﾌｫﾙﾄｺﾝｽﾄﾗｸﾀとﾃﾞﾌｫﾙﾄﾃﾞｽﾄﾗｸﾀ、代入演算子なども、各ｸﾗｽの資源として含まれる、またﾌﾚﾝﾄﾞ関係は継承されることはない）

クラス階層図

派生ｸﾗｽは基底ｸﾗｽの”子供”のようなもので、その親子関係を表してみます。

f:id:punainen:20210326164435p:plain — ｸﾗｽ階層図

派生ｸﾗｽDerivedの定義"：base"の部分は

「私の親はｸﾗｽbaseです」

という宣言です。

つまり、親ｸﾗｽ"base"の知らないところで子供が生まれています。

子供は親を知っているのですが、親は子供を知りません。

親として、子供がいるのか、いないのか、もしいるのなら何人いるのかといった情報を親は持ちえません。

基底ｸﾗｽの方で『○○ｸﾗｽを私の子供にします』といった宣言はできないのです。

なので、矢印の向きは派生ｸﾗｽ→基底ｸﾗｽになります。

ところで、派生は一度だけではなく、何度でも出来ます。

class A{
    //省略
};

class B : A{
    //省略
};

class C : B{
    //省略
};

class D : B{
    //省略
};

f:id:punainen:20210326170038p:plain — ｸﾗｽ階層図

ｸﾗｽAからｸﾗｽBが派生し、ｸﾗｽBからｸﾗｽC、ｸﾗｽDが派生しています。

ｸﾗｽBはｸﾗｽAの子で、ｸﾗｽC、DはｸﾗｽBの子です。

つまり、ｸﾗｽC、DはｸﾗｽAの孫ですね。

一部では直接の親にあたるｸﾗｽを直接基底ｸﾗｽと呼び、直接の親ではないが、先祖になるｸﾗｽを間接基底ｸﾗｽとよぶこともあるみたいです。

ｸﾗｽD視点でみると、ｸﾗｽBは直接基底ｸﾗｽで、ｸﾗｽAは間接基底ｸﾗｽになるといった具合です。

また、「ｸﾗｽDはｸﾗｽAから間接派生している／ｸﾗｽBから直接派生している」といった呼ばれかたをすることもあります。

派生の形態

外部に公開したほうがいいﾃﾞｰﾀや手続きのみを公開し、そうでないものを非公開とするのがｸﾗｽ設計時の原則です。

派生ｸﾗｽは基底ｸﾗｽの資産を継承するが、それらをｸﾗｽ外部に公開するかどうかは別問題です。

基底ｸﾗｽと派生ｸﾗｽ内のﾒﾝﾊﾞのｱｸｾｽ関係はこの三種類の派生形態によって変わります。

・private派生

・protected派生

・public派生

これら指定の仕方は派生ｸﾗｽを定義するときに、基底ｸﾗｽ名の前にｱｸｾｽ指定子を書いて行います。

例えばこの様に書いた場合はpublic派生です。

class Derived : public Base {}:

また、ｱｸｾｽ指定子を省略したときは、自動的に【private派生】になります。

（派生ｸﾗｽを定義する時のｷｰﾜｰﾄﾞがstructの時は【public派生】になる）

三つの派生形態の例としてですが

#ifndef ___Super
#define ___Super

class Super{
private:
    int pri;
protected:
    int pro;
public:
    int pub;
};

#endif

private派生

ｸﾗｽSuperからprivate派生を行う例です

Private.cpp

#include "Super.h"

class Sub : private Super {
    void f(){
//        pri = 1;
        pro = 2;
        pub = 3;
    }
};

int main()
{
    Sub x;

//    x.pri = 5;
//    x.pro = 6;
//    x.pub = 7;
}

（ｺﾝﾊﾟｲﾙｴﾗｰになるところはｺﾒﾝﾄｱｳﾄ済み）

実行しても何も起きないﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑです。

private派生を行うと、派生ｸﾗｽSubにとってｸﾗｽSuperは非公開の基底ｸﾗｽになります。

ｱｸｾｽ性は以下の通りです。

f:id:punainen:20210326180530p:plain — private派生時のｱｸｾｽ性

派生ｸﾗｽの内部からは基底ｸﾗｽの【privateﾒﾝﾊﾞ】はｱｸｾｽ出来ません。

また、基底ｸﾗｽの【protectedﾒﾝﾊﾞ】と【publicﾒﾝﾊﾞ】は派生ｸﾗｽ内では【privateﾒﾝﾊﾞ】として扱われ、派生ｸﾗｽの利用者に公開されません。

ｺﾒﾝﾄｱｳﾄした部分がｺﾝﾊﾟｲﾙｴﾗｰになり理由ですが

①派生ｸﾗｽsubの内部において、基底ｸﾗｽSuperの【privateﾒﾝﾊﾞ】priのｱｸｾｽは出来ない。

②基底ｸﾗｽsuperの全ﾒﾝﾊﾞは、派生ｸﾗｽsubの利用者に対して非公開である。

限定公開（protected)ﾒﾝﾊﾞは外部に対して存在を隠すが、直接派生ｸﾗｽに対しては存在を隠さない

という事です。

protected派生

ｸﾗｽSuperからprotected派生を行う例です。

protected.cpp

#include "Super.h"

class Sub : protected Super {
    void f(){
//        pri = 1;
        pro = 2;
        pub = 3;
    }
};

int main()
{
    Sub x;

//    x.pri = 5;
//    x.pro = 6;
//    x.pub = 7;
}

（ｺﾝﾊﾟｲﾙｴﾗｰになるところはｺﾒﾝﾄｱｳﾄ済み）

ｱｸｾｽ性は以下の通りです。

f:id:punainen:20210326181859p:plain — protected派生時のｱｸｾｽ性

派生ｸﾗｽのﾒﾝﾊﾞ関数から基底ｸﾗｽの【privateﾒﾝﾊﾞ】をｱｸｾｽ出来ないのはprivate派生と同じです。

ただ、基底ｸﾗｽの【protectedﾒﾝﾊﾞ】と【publicﾒﾝﾊﾞ】が派生ｸﾗｽ内で【protectedﾒﾝﾊﾞ】として扱われる点がprivate派生と違う所です。

（これらのﾒﾝﾊﾞは派生ｸﾗｽの利用者に対しては非公開）

protectedﾒﾝﾊﾞはSubから派生したｸﾗｽの内部ではｱｸｾｽ出来ますが、その外部からは不可能です。

public派生

ｸﾗｽSuperからpublic派生を行う例です。

public.cpp

#include "Super.h"

class Sub : public Super {
    void f(){
//        pri = 1;
        pro = 2;
        pub = 3;
    }
};

int main()
{
    Sub x;

//    x.pri = 5;
//    x.pro = 6;
      x.pub = 7;
}