06 Vererbung

Zusammenfassung der Slides "Vererbung in C++"

Vererbung

Vererbung ermöglicht es, eine neue Klasse (Subklasse) von einer bestehenden Klasse (Superklasse) abzuleiten, wobei die Subklasse die Attribute und Methoden der Superklasse erbt. Dies fördert die Wiederverwendung von Code und ermöglicht die Erweiterung bestehender Klassen.

Beispiel:

• Klasse Person: Enthält Attribute wie name und age sowie Methoden wie getName(), setAge(), print().
• Klasse Student (abgeleitet von Person): Erbt die Attribute und Methoden der Klasse Person und fügt neue Attribute (number) und Methoden (setNumber(), printNumber()) hinzu.

Konstruktoren und Destruktoren in abgeleiteten Klassen

• Der Konstruktor einer abgeleiteten Klasse ruft den Konstruktor der Basisklasse auf, um vererbte Attribute zu initialisieren.
• Konstruktoren können in der Initialisierungsliste explizit aufgerufen werden. Wenn dies nicht geschieht, wird der Standardkonstruktor der Basisklasse verwendet.
• Der Destruktor einer abgeleiteten Klasse ruft nach Abschluss seines eigenen Codes automatisch den Destruktor der Basisklasse auf.

Beispiel:

class Student : public Person {
    int m_number;
public:
    Student(const std::string& name, int age, int nr) : Person(name, age), m_number(nr) {}
};

Typkonvertierung von Zeigern auf Klassen (Up- und Down-Cast)

• Up-Cast: Implizite Konvertierung von einem Zeiger auf eine abgeleitete Klasse zu einem Zeiger auf die Basisklasse. Dies ist immer sicher.

Person* pPers = new Student("Anna", 21, 50101);  // Impliziter Up-Cast

• Down-Cast: Explizite Konvertierung von einem Zeiger auf die Basisklasse zu einem Zeiger auf die abgeleitete Klasse. Dies ist nur dann sicher, wenn das Objekt tatsächlich vom Zieltyp ist. Dafür wird dynamic_cast verwendet.

Student* pStud = dynamic_cast<Student*>(pPers);  // Gültiger Down-Cast

Runtime Type Information (RTTI)

RTTI ermöglicht es, zur Laufzeit den genauen Typ eines Objekts zu bestimmen. Der Operator typeid und der dynamic_cast-Operator sind zentrale Elemente von RTTI.

Beispiel:

Person* p = new Student();
if (typeid(*p) == typeid(Student)) {
    std::cout << "Das Objekt ist vom Typ Student." << std::endl;
}

Verdeckte Attribute und Methoden

• Verdecken: Abgeleitete Klassen können Attribute oder Methoden mit demselben Namen wie die der Basisklasse haben, was das Attribut der Basisklasse verdeckt. Dies sollte möglichst vermieden werden.
• Überschreiben (Overriding): Abgeleitete Klassen können Methoden der Basisklasse überschreiben, indem sie dieselbe Signatur verwenden. Dadurch kann das Verhalten der Methode an die Anforderungen der abgeleiteten Klasse angepasst werden.

Beispiel:

class Person {
public:
    virtual void print() const { std::cout << "Person" << std::endl; }
};

class Student : public Person {
public:
    void print() const override { std::cout << "Student" << std::endl; }
};

Polymorphie

Polymorphie ermöglicht es, dass eine Methode unterschiedliche Implementierungen aufrufen kann, abhängig davon, welches Objekt zur Laufzeit verwendet wird. Dafür müssen Methoden in der Basisklasse als virtual deklariert werden.

Beispiel:

Person* p = new Student();
p->print();  // Ruft die Methode Student::print() auf

Vererbung unterbinden

• Eine Klasse kann mithilfe des Schlüsselworts final als nicht vererbbar markiert werden.

class C final : B { ... };  // Klasse C kann nicht weiter abgeleitet werden

• Eine Methode kann ebenfalls mit final markiert werden, um das Überschreiben in abgeleiteten Klassen zu verhindern.

virtual void f() final;

Mehrfachvererbung

In C++ ist Mehrfachvererbung möglich, was bedeutet, dass eine Klasse von mehreren Basisklassen erben kann. Dies führt jedoch oft zu Problemen wie Mehrdeutigkeiten, weshalb sie hauptsächlich für die Implementierung von Interfaces genutzt wird.

Beispiel:

class A { ... };
class B { ... };
class C : public A, public B { ... };  // Mehrfachvererbung

Zur Lösung der Probleme der Mehrfachvererbung kann virtuelle Vererbung verwendet werden, um sicherzustellen, dass es nur eine Kopie der Basisklasse gibt.

Beispiel:

class A {
    ...
};
class B : virtual public A {
    ...
};
class C : virtual public A {
    ...
};
class D : public B, public C {
    ...
};

Diese Zusammenfassung bietet einen Überblick über die wichtigsten Konzepte der Vererbung in C++, wie Konstruktoren in abgeleiteten Klassen, Polymorphie, Typkonvertierungen und Mehrfachvererbung. Vererbung ist ein zentraler Bestandteil der objektorientierten Programmierung und ermöglicht die Erweiterung und Wiederverwendung von Code auf effiziente Weise.