Thường một đối tượng của một lớp thật sự là một đối tượng của lớp khác cũng được. Một hình chữ nhật là một tứ giác, vì thế lớp Rectangle có thể kế thừa từ lớp Quadrilateral. Trong khung cảnh này, lớp Quadrilateral gọi là một lớp cơ sở và lớp Rectangle gọi là một lớp dẫn xuất. Hình 5.1 cho chúng ta một vài ví dụ về kế thừa đơn.

Các ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng như SMALLTALK sử dụng thuật ngữ khác: Trong kế thừa, lớp cơ sở được gọi là lớp cha (superclass), lớp dẫn xuất được gọi là lớp con (subclass).

Hình 5.1: Một vài kế thừa đơn.

Sự kế thừa hình thành các cấu trúc phân cấp giống cây (còn gọi là cây phả hệ). Một lớp cơ sở tồn tại trong một phân cấp quan hệ với lớp dẫn xuất của nó. Một lớp có thể tồn tại chắc chắn bởi chính nó, nhưng khi một lớp được sử dụng với cơ chế của sự kế thừa thì lớp trở thành hoặc là một lớp cơ sở mà cung cấp các thuộc tính và các hành vi cho các lớp khác, hoặc là lớp trở thành một lớp dẫn xuất mà kế thừa các thuộc tính và các hành vi.

Chúng ta phát triển một phân cấp kế thừa đơn. Một trường đại học cộng đồng đặc thù có hàng ngàn người mà là các thành viên cộng đồng. Những người này gồm các người làm công và các sinh viên. Những người làm công hoặc là các thành viên khoa hoặc các thành viên nhân viên. Các thành viên khoa hoặc là các nhà quản lý hoặc giảng viên. Điều này trở thành phân cấp kế thừa như hình 5.2

Hình 1

Hình 5.2: Một phân cấp kế thừa cho các thành viên của trường đại học cộng đồng.

Phân cấp kế thừa quan trọng khác là phân cấp Shape ở hình 5.3.

Hình 2

Hình 5.3: Phân cấp lớp Shape

Để chỉ định lớp CommissionWorker được dẫn xuất từ lớp Employee, lớp CommissionWorker được định nghĩa như sau:

class CommissionWorker: public Employee

{………….

};

Điều này được gọi là kế thừa public và là loại mà phần lớn được sử dụng. Ngoài ra chúng ta còn có kế thừa private và kế thừa protected. Với kế thừa public, các thành viên public và protected của lớp cơ sở được kế thừa như là các thành viên public và protected của lớp dẫn xuất tương ứng. Nên nhớ rằng các thành viên private của lớp cơ sở không thể truy cập từ các lớp dẫn xuất của lớp đó.

Xử lý các đối tượng lớp cơ sở và các đối tượng lớp dẫn xuất tương tự; phổ biến là được biểu diễn bằng các thuộc tính và các hành vi của lớp cơ sở. Các đối tượng của bất kỳ lớp nào dẫn xuất từ một lớp cơ sở chung có thể tất cả được xử lý như các đối tượng của lớp cơ sở đó.

Các thành viên public của một lớp cơ sở được truy cập bởi tất cả các hàm trong chương trình. Các thành viên private của một lớp cơ sở chỉ được truy cập bởi các hàm thành viên và các hàm friend của lớp cơ sở.

Truy cập protected phục vụ như một mức trung gian của sự bảo vệ giữa truy cập public và truy cập private. Các thành viên protected của một lớp cơ sở có thể chỉ được truy cập bởi các hàm thành viên và các hàm friend của lớp cơ sở và bởi các hàm thành viên và các hàm friend của lớp dẫn xuất.

Các thành viên lớp dẫn xuất kế thừa public có thể tham khảo tới các thành viên public và protected bằng cách sử dụng các tên thành viên.

Một đối tượng của một lớp dẫn xuất kế thừa public cũng có thể được xử lý như một đối tượng của lớp cơ sở của nó tương ứng. Nhưng ngược lại không đúng: một đối tượng lớp cơ sở cũng không tự động là một đối tượng lớp dẫn xuất.

Tuy nhiên, có thể sử dụng ép kiểu để chuyển đổi một con trỏ lớp cơ sở thành một con trỏ lớp dẫn xuất.

Ví dụ 5.1: Chương trình sau sẽ được chia thành nhiều file (gồm các file .H và .CPP) và tạo một project có tên là CT5_1.PRJ gồm các file .cpp

File POINT.H:

1: //POINT.H

2: //Định nghĩa lớp Point

3: #ifndef POINT_H

4: #define POINT_H

5:

6: class Point

7: {

8: protected:

9: float X,Y;

10: public:

11: Point(float A= 0, float B= 0);

12: void SetPoint(float A, float B);

13: float GetX() const

14: {

15: return X;

16: }

17: float GetY() const

18: {

19: return Y;

20: }

21: friend ostream & operator <<(ostream &Output, const Point &P);

22: };

23:

24: #endif

Hình 3

1: //POINT.CPP

2: //Định nghĩa các hàm thành viên của lớp Point

3: #include <iostream.h>

4: #include "point.h"

5:

6: Point::Point(float A, float B)

7: {

8: SetPoint(A, B);

9: }

10:

11: void Point::SetPoint(float A, float B)

12: {

13: X = A;

14: Y = B;

15: }

16:

17: ostream & operator <<(ostream &Output, const Point &P)

18: {

19: Output << '[' << P.X << ", " << P.Y << ']';

20: return Output;

21: }

Hình 4

1: //CIRCLE.H

2: //Định nghĩa lớp Circle

3: #ifndef CIRCLE_H

4: #define CIRCLE_H

5:

6: #include "point.h"

7: class Circle : public Point

8: {

9: protected:

10: float Radius;

11: public:

12: Circle(float R = 0.0, float A = 0, float B = 0);

13: void SetRadius(float R);

14: float GetRadius() const;

15: float Area() const;

16: friend ostream & operator <<(ostream &Output, const Circle &C);

17: };

18:

19: #endif

Hình 5

1: //CIRCLE.CPP

2: //Định nghĩa các hàm thành viên của lớp Circle

3: #include <iostream.h>

4: #include <iomanip.h>

5: #include "circle.h"

6:

7: Circle::Circle(float R, float A, float B): Point(A, B)

8: {

9: Radius = R;

10: }

11:

12: void Circle::SetRadius(float R)

13: {

14: Radius = R;

15: }

16:

17: float Circle::GetRadius() const

18: {

19: return Radius;

20: }

21:

22: float Circle::Area() const

23: {

24: return 3.14159 * Radius * Radius;

25: }

26:

27: //Xuất một Circle theo dạng: Center = [x, y]; Radius = #.##

28: ostream & operator <<(ostream &Output, const Circle &C)

29: {

30: Output << "Center = [" << C.X << ", " << C.Y

31: << "]; Radius = " << setiosflags(ios::showpoint)

32: << setprecision(2) << C.Radius;

33: return Output;

34: }

Hình 6

1: //CT5_1.CPP

2: //Chương trình 5.1: Ép các con trỏ lớp cơ sở tới các con trỏ lớp dẫn xuất

3: #include <iostream.h>

4: #include <iomanip.h>

5: #include "point.h"

6: #include "circle.h"

7:

8: int main()

9: {

10: Point *PointPtr, P(3.5, 5.3);

11: Circle *CirclePtr, C(2.7, 1.2, 8.9);

12: cout << "Point P: "<<P<<endl<<"Circle C: "<<C<< endl;

13 //Xử lý một Circle như một Point (chỉ xem một phần lớp cơ sở)

14: PointPtr = &C;

15: cout << endl << "Circle C (via *PointPtr): "<<*PointPtr<<endl;

16 //Xử lý một Circle như một Circle

17: PointPtr = &C;

18: CirclePtr = (Circle *) PointPtr;

19: cout << endl << "Circle C (via *CirclePtr): " << endl

20:            <<*CirclePtr<< endl << "Area of C (via CirclePtr): "

21:            << CirclePtr->Area() << endl;

22: //Nguy hiểm: Xem một Point như một Circle

23: PointPtr = &P;

24: CirclePtr = (Circle *) PointPtr;

25: cout << endl << "Point P (via *CirclePtr): "<< endl

26:            <<*CirclePtr<< endl << "Area of object CirclePtr points to: "

27:            <<CirclePtr->Area() << endl;

28: return 0;

29: }

Chúng ta chạy ví dụ 5.1, kết quả ở hình 5.4

Hình 7

Hình 5.4: Kết quả của ví dụ 5.1

Trong định nghĩa lớp Point, các thành viên dữ liệu X và Y được chỉ định là protected, điều này cho phép các lớp dẫn xuất từ lớp Point truy cập trực tiếp các thành viên dữ liệu kế thừa. Nếu các thành viên dữ liệu này được chỉ định là private, các hàm thành viên public của Point phải được sử dụng để truy cập dữ liệu, ngay cả bởi các lớp dẫn xuất.

Lớp Circle được kế thừa từ lớp Point với kế thừa public (ở dòng 7 file CIRCLE.H), tất cả các thành viên của lớp Point được kế thừa thành lớp Circle. Điều này có nghĩa là giao diện public bao gồm các hàm thành viên public của Point cũng như các hàm thành viên Area(), SetRadius() và GetRadius().

Constructor lớp Circle phải bao gồm constructor lớp Point để khởi động phần lớp cơ sở của đối tượng lớp Circle ở dòng 7 file CIRCLE.CPP, dòng này có thể được viết lại như sau:

Circle::Circle(float R, float A, float B)

: Point(A, B) //Gọi constructor của lớp cơ sở

Các giá trị A và B được chuyển từ constructor lớp Circle tới constructor lớp Point để khởi động các thành viên X và Y của lớp cơ sở. Nếu constructor lớp Circle không bao gồm constructor lớp Point thì constructor lớp Point gọi với các giá trị mặc định cho X và Y (nghĩa là 0 và 0). Nếu lớp Point không cung cấp một constructor mặc định thì trình biên dịch phát sinh lỗi.

Trong chương trình chính (file CT5_1.CPP) gán một con trỏ lớp dẫn xuất (địa chỉ của đối tượng C) cho con trỏ lớp cơ sở PointPtr và xuất đối tượng C của Circle bằng toán tử chèn dòng của lớp Point (ở dòng 14 và 15). Chú ý rằng chỉ phần Point của đối tượng C của Circle được hiển thị. Nó luôn luôn đúng để gán một con trỏ lớp dẫn xuất cho con trỏ lớp cơ sở bởi vì một đối tượng lớp dẫn xuất là một đối tượng lớp cơ sở. Con trỏ lớp cơ sở chỉ trông thấy phần lớp cơ sở của đối tượng lớp dẫn xuất. Trình biên dịch thực hiện một chuyển đổi ngầm của con trỏ lớp dẫn xuất cho một con trỏ lớp cơ sở.

Sau đó chương trình gán một con trỏ lớp dẫn xuất (địa chỉ của đối tượng C) cho con trỏ lớp cơ sở PointPtr và ép PointPtr trở về kiểu Circle *. Kết quả của ép kiểu được gán cho CirclePtr. Đối tượng C của Circle được xuất bằng cách sử dụng toán tử chèn dòng của Circle. Diện tích của đối tượng C được xuất thông qua CirclePtr. Các kết quả này là giá trị diện tích đúng bởi vì các con trỏ luôn luôn được trỏ tới một đối tượng Circle (từ dòng 17 đến 22).

Kế tiếp, chương trình gán một con trỏ lớp cơ sở (địa chỉ của đối tượng P) cho con trỏ lớp cơ sở PointPtr và ép PointPtr trở về kiểu Circle *. Kết quả của ép kiểu được gán cho CirclePtr. Đối tượng P được xuất sử dụng toán tử chèn dòng của lớp Circle. Chú ý rằng giá trị xuất của thành viên Radius "kỳ lạ". Việc xuất một Point như một Circle đưa đến một giá trị không hợp lệ cho Radius bởi vì các con trỏ luôn được trỏ đến một đối tượng Point. Một đối tượng Point không có một thành viên Radius. Vì thế, chương trình xuất giá trị "rác" đối với thành viên dữ liệu Radius. Chú ý rằng giá trị của diện tích là 0.0 bởi vì tính toàn này dựa trên giá trị không tồn tại của Radius (từ dòng 23 đến 27).Rõ ràng, truy cập các thành viên dữ liệu mà không phải ở đó thì nguy hiểm. Gọi các hàm thành viên mà không tồn tại có thể phá hủy chương trình.

Một lớp dẫn xuất có thể định nghĩa lại một hàm thành viên lớp cơ sở. Điều này được gọi là overriding. Khi hàm đó được đề cập bởi tên trong lớp dẫn xuất, phiên bản của lớp dẫn xuất được chọn một cách tự động. Toán tử định phạm vi có thể sử dụng để truy cập phiên bản của lớp cơ sở từ lớp dẫn xuất.

Khi dẫn xuất một lớp từ một lớp cơ sở, lớp cơ sở có thể được kế thừa là public, protected và private.

class <drived_class_name> : <type_of_inheritance> <base_class_name>

{………………..

};

Trong đó type_of_inheritance là public, protected hoặc private. Mặc định là private.

Khi dẫn xuất một lớp từ một lớp cơ sở public, các thành viên public của lớp cơ sở trở thành các thành viên public của lớp dẫn xuất, và các thành viên protected của lớp cơ sở trở thành các thành viên protected của lớp dẫn xuất. Các thành viên private của lớp cơ sở không bao giờ được truy cập trực tiếp từ một lớp dẫn xuất.

Khi dẫn xuất một lớp từ một lớp cơ sở protected, các thành viên public và protected của lớp cơ sở trở thành các thành viên protected của lớp dẫn xuất. Khi dẫn xuất một lớp từ một lớp cơ sở private, các thành viên public và protected của lớp cơ sở trở thành các thành viên private của lớp dẫn xuất.

Bảng sau (hình 5.6)tổng kết khả năng truy cập các thành viên lớp cơ sở trong một lớp dẫn xuất dựa trên thuộc tính xác định truy cập thành viên của các thành viên trong lớp cơ sở và kiểu kế thừa.

Hình 5.7: Tổng kết khả năng truy cập thành viên lớp cơ sở trong lớp dẫn xuất.

Bởi vì một lớp dẫn xuất kết thừa các thành viên lớp cơ sở của nó (ngoại trừ constructor và destructor), khi một đối tượng của lớp dẫn xuất được khởi động, constructor lớp cơ sở phải được gọi để khởi động các thành viên lớp cơ sở của đối tượng lớp dẫn xuất. Một bộ khởi tạo lớp cơ sở (sử dụng cú pháp giống như bộ khởi tạo thành viên) có thể được cung cấp trong constructor lớp dẫn xuất để gọi tường minh constructor lớp cơ sở, mặt khác constructor lớp dẫn xuất sẽ gọi constructor mặc định lớp cơ sở.

Các constructor lớp cơ sở và các toán tử gán lớp cơ sở không được kế thừa bởi lớp dẫn xuất.Tuy nhiên, các constructor và các toán tử gán lớp dẫn xuất có thể gọi các constructor và các toán tử gán lớp cơ sở.

Một constructor lớp dẫn xuất luôn gọi constructor lớp cơ sở của nó đầu tiên để khởi tạo các thành viên lớp cơ sở của lớp dẫn xuất. Nếu constructor lớp dẫn bị bỏ qua, constructor mặc định lớp dẫn gọi constructor lớp cơ sở. Các destructor được gọi theo thứ tự ngược lại thứ tự gọi các constructor, vì thế destructor lớp dẫn xuất được gọi trước destructor lớp cơ sở của nó.

Ví dụ 5.4: Minh họa thứ tự các contructor và destructor lớp cơ sở và lớp dẫn xuất được gọi và project có tên là CT5_4.PRJ

File POINT.H

1: //POINT.H

2: //Định nghĩa lớp Point

3: #ifndef POINT_H

4: #define POINT_H

5:

6: class Point

7: {

8: public:

9: Point(float A= 0.0, float B= 0.0);

10: ~Point();

11: protected:

12: float X, Y;

13: };

14:

15: #endif

Hình 8

1: //POINT.CPP

2: //Định nghĩa các hàm thành viên lớp Point

3: #include <iostream.h>

4: #include "point.h"

5:

6: Point::Point(float A, float B)

7: {

8: X = A;

9: Y = B;

10: cout << "Point constructor: "

11:            << '[' << X << ", " << Y << ']' << endl;

12: }

13:

14: Point::~Point()

15: {

16: cout << "Point destructor: "

17:            << '[' << X << ", " << Y << ']' << endl;

18: }

File CIRCLE.H

1: //CIRCLE.H

2: //Định nghĩa lớp Circle

3: #ifndef CIRCLE_H

4: #define CIRCLE_H

5:

6: #include "point.h"

7: #include <iomanip.h>

8:

9: class Circle : public Point

10: {

11: public:

12: Circle(float R = 0.0, float A = 0, float B = 0);

13: ~Circle();

14: private:

15: float Radius;

16: };

17:

18: #endif

Hình 9

1: //CIRCLE.CPP

2: //Định nghĩa các hàm thành viên lớp Circle

3: #include "circle.h"

4:

5: Circle::Circle(float R, float A, float B): Point(A, B)

6: {

7: Radius = R;

8: cout << "Circle constructor: Radius is "

9:            << Radius << " [" << A << ", " << B << ']' << endl;

10: }

11:

12: Circle::~Circle()

13: {

14: cout << "Circle destructor: Radius is "

15:            << Radius << " [" << X << ", " << Y << ']' << endl;

16: }

Hình 10

1: //CT5_4.CPP

2: //Chương trình 5.4

3: #include <iostream.h>

4: #include "point.h"

5: #include "circle.h"

6: int main()

7: {

8: {

9: Point P(1.1, 2.2);

10: }

11: cout << endl;

12: Circle C1(4.5, 7.2, 2.9);

13: cout << endl;

14: Circle C2(10, 5, 5);

15: cout << endl;

16: return 0;

17: }

Chúng ta chạy ví dụ 5.4, kết quả ở hình 5.8

Hình 11

Hình 5.8: Kết quả của ví dụ 5.4

Mặc dù một đối tượng lớp dẫn xuất cũng là một đối tượng lớp cơ sở, kiểu lớp dẫn xuất và kiểu lớp cơ sở thì khác nhau. Các đối tượng lớp dẫn xuất có thể được xử lý như các đối tượng lớp cơ sở. Điều này có ý nghĩa bởi vì lớp dẫn xuất có các thành viên tương ứng với mỗi thành viên của lớp cơ sở. Phép gán theo chiều hướng ngược lại là không cho phép bởi vì gán một đối tượng lớp cơ sở cho đối tượng lớp dẫn xuất sẽ cho phép thêm các thành viên lớp dẫn xuất không xác định.

Một con trỏ trỏ tới một đối tượng lớp dẫn xuất có thể được chuyển đổi ngầm định thành một con trỏ trỏ tới một đối tượng lớp cơ sở bởi vì một đối tượng lớp dẫn xuất là một đối tượng lớp cơ sở.

Có bốn cách để trộn và đối sánh các con trỏ lớp cơ sở và các con trỏ lớp dẫn xuất với các đối tượng lớp cơ sở và các đối tượng lớp dẫn xuất:

 Tham chiếu tới một đối tượng lớp cơ sở với một con trỏ lớp cơ sở thì không phức tạp.

 Tham chiếu tới một đối tượng lớp dẫn xuất với một con trỏ lớp dẫn xuất thì không phức tạp.

 Tham chiếu tới đối tượng lớp dẫn xuất với một con trỏ lớp cơ sở thì an toàn bởi vì đối tượng lớp dẫn xuất cũng là một đối tượng lớp cơ sở của nó. Như vậy đoạn mã chỉ có thể tham chiếu tới các thành viên lớp cơ sở. Nếu đoạn mã tham chiếu tới các thành viên lớp dẫn xuất thông qua con trỏ lớp cơ sở, trình biên dịch sẽ báo một lỗi về cú pháp.

 Tham chiếu tới một đối tượng lớp cơ sở với một con trỏ lớp dẫn xuất thì có lỗi cú pháp. Đầu tiên con trỏ lớp dẫn xuất phải được ép sang con trỏ lớp cơ sở.