C++箴言：确保公开继承模拟“is-a”

在 Some Must Watch While Some Must Sleep (W. H. Freeman and Company, 1974) 这本书中，William Dement 讲述了一个他试图让他的学生的记住他的课程中最重要的东西的故事。书中声称，他告诉他的班级，一般的英国中小学生对于 1066 年发生的 Hastings 战争的历史并没有什么了解。他着重强调，如果一个孩子记住了一点儿什么的，他或者她也就是记住了 1066 这个年代。对于上他的课程的学生，Dement 滔滔不绝地讲，其中只有很少的重要信息，包括安眠药却引起了失眠这样充满趣味的事情。他希望他的学生即使忘记课程中讨论的其它每一件事，也能记住这些很少的重大事件，而且他在整个学期再三地回顾这些基础的内容。 在课程结束的时候，期末考试的最后一道题是：“写下从这个课程中得到的，你一生都将确切地记住的一件事。”当 Dement 给这次考试打分的时候，他几乎晕了过去。几乎每一个人都写了"1066"。

　　因此，我一再煞费苦心地向你宣扬，使用 C++ 语言进行 object-oriented programming 时唯一最重要规则就是：public inheritance（公开继承）意味着 "is-a"。要让这个规则刻骨铭心。

　　如果你写了一个 class D ("Derived") 从 class B ("Base") 公开继承，你就是在告诉 C++ 编译器（以及你的代码的读者）每一个类型为 D 的对象也是一个类型为 B 的对象，但是反之则不然。你就是在说 B 描绘了一个比 D 更一般的概念，D 描述了一个比 B 更特殊的概念。你就是在声称一个类型为 B 的对象可以使用的任何地方，一个类型为 D 的对象一样可以使用，因为每一个类型为 D 的对象也就是一个类型为 B 的对象。另一方面，如果你需要一个类型为 D 的对象，一个类型为 B 的对象则不行：每一个 D 都是一个 B，但是反之则不然。

　　C++ 坚持对 public inheritance 的这一解释。考虑这个例子：

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

    我们从日常的经验知道每一个学生都是一个人，但并不是每一个人都是一个学生。这就是由这个继承体系严格确定的意义。我们期望每一件对于人来说成立的事情——例如，他或她有一个出生日——对于一个学生来说也成立。我们不期望每一件对于学生来说成立的事情——例如，他或她在一所特定的学校注册——对于普通人来说也成立。一个人的概念比一个学生的概念更普通，一个学生一个专门类型的人。

　　在 C++ 领域中，任何期望引数类型为 Person（或 pointer-to-Person 或 reference-to-Person）的函数都可以接受一个 Student object（或 pointer-to-Student 或 reference-to-Student）：

void eat(const Person& p); // anyone can eat void study(const Student& s); // only students study Person p; // p is a Person Student s; // s is a Student eat(p); // fine, p is a Person eat(s); // fine, s is a Student, // and a Student is-a Person study(s); // fine study(p); // error! p isn’t a Student

    这一点只对 public inheritance 才成立。只有 Student 以 public 方式从 Person 派生，C++ 才有我所描述的行为。private inheritance 意味着完全不同的其它事情（参见 Item 39），而 protected inheritance 究竟意味什么使我困惑至今。

　　public inheritance 和 is-a 等价听起来简单，但有时你的直觉会误导你。例如，企鹅是一种鸟没有问题，而鸟能飞也没有问题。如果我们天真地试图用 C++ 来表达，我们就会得到：