36 Herencia

Una de las principales propiedades de las clases es la herencia. Esta propiedad nos permite crear nuevas clases a partir de clases existentes, conservando las propiedades de la clase original y añadiendo otras nuevas.

Jerarquía, clases base y clases derivadas

Cada nueva clase obtenida mediante herencia se conoce como clase derivada, y las clases a partir de las cuales se deriva, clases base. Además, cada clase derivada puede usarse como clase base para obtener una nueva clase derivada. Y cada clase derivada puede serlo de una o más clases base. En este último caso hablaremos de derivación múltiple.

Esto nos permite crear una jerarquía de clases tan compleja como sea necesario.

Bien, pero ¿que ventajas tiene derivar clases?

En realidad, ese es el principio de la programación orientada a objetos. Esta propiedad nos permite encapsular diferentes partes de cualquier objeto real o imaginario, y vincularlo con objetos más elaborados del mismo tipo básico, que heredarán todas sus características. Lo veremos mejor con un ejemplo.

Un ejemplo muy socorrido es de las personas. Supongamos que nuestra clase base para clasificar a las personas en función de su profesión sea "Persona". Presta especial atención a la palabra "clasificar", es el punto de partida para buscar la solución de cualquier problema que se pretenda resolver usando POO. Lo primero que debemos hacer es buscar categorías, propiedades comunes y distintas que nos permitan clasificar los objetos, y crear lo que después serán las clases de nuestro programa. Es muy importante dedicar el tiempo y atención necesarios a esta tarea, de ello dependerá la flexibilidad, reutilización y eficacia de nuestro programa.

Ten en cuenta que las jerarquías de clases se usan especialmente en la resolución de problemas complejos, es difícil que tengas que recurrir a ellas para resolver problemas sencillos.

Siguiendo con el ejemplo, partiremos de la clase "Persona". Independientemente de la profesión, todas las personas tienen propiedades comunes, nombre, fecha de nacimiento, género, estado civil, etc.

Estructura de clases para Persona

Jerarquía de clases para Persona

La siguiente clasificación debe ser menos general, supongamos que dividimos a todas las personas en dos grandes clases: empleados y estudiantes. (Dejaremos de lado, de momento, a los estudiantes que además trabajan). Lo importante es decidir qué propiedades que no hemos incluido en la clase "Persona" son exclusivas de los empleados y de los estudiantes. Por ejemplo, los ingresos por nómina son exclusivos de los empleados, la nota media del curso, es exclusiva de los estudiantes. Una vez hecho eso crearemos dos clases derivadas de Persona: "Empleado" y "Estudiante".

Haremos una nueva clasificación, ahora de los empleados. Podemos clasificar a los empleados en ejecutivos y comerciales (y muchas más clases, pero para el ejemplo nos limitaremos a esos dos). De nuevo estableceremos propiedades exclusivas de cada clase y crearemos dos nuevas clases derivadas de "Empleado": "Ejecutivo" y "Comercial".

Ahora veremos las ventajas de disponer de una jerarquía completa de clases.

  • Cada vez que creemos un objeto de cualquier tipo derivado, por ejemplo de tipo Comercial, estaremos creando en un sólo objeto un Comercial, un Empleado y una Persona. Nuestro programa puede tratar a ese objeto como si fuera cualquiera de esos tres tipos. Es decir, nuestro comercial tendrá, además de sus propiedades como comercial, su nómina como empleado, y su nombre, edad y género como persona.
  • Siempre podremos crear nuevas clases para resolver nuevas situaciones. Consideremos el caso de que en nuestra clasificación queremos incluir una nueva clase "Becario", que no es un empleado, ni tampoco un estudiante; la derivaríamos de Persona. También podemos considerar que un becario es ambas cosas. Sería un ejemplo de derivación múltiple, podríamos hacer que la clase derivada Becario, lo fuera de Empleado y Estudiante.
  • Podemos aplicar procedimientos genéricos a una clase en concreto, por ejemplo, podemos aplicar una subida general del salario a todos los empleados, independientemente de su profesión, si hemos diseñado un procedimiento en la clase Empleado para ello.

Veremos que existen más ventajas, aunque este modo de diseñar aplicaciones tiene también sus inconvenientes, sobre todo si diseñamos mal alguna clase.

Derivar clases, sintaxis

La forma general de declarar clases derivadas es la siguiente:

class <clase_derivada> :
   [public|private] <base1> [,[public|private] <base2>] {};

En seguida vemos que para cada clase base podemos definir dos tipos de acceso, public o private. Si no se especifica ninguno de los dos, por defecto se asume que es private.

  • public: los miembros heredados de la clase base conservan el tipo de acceso con que fueron declarados en ella.
  • private: todos los miembros heredados de la clase base pasan a ser miembros privados en la clase derivada.

De momento siempre declararemos las clases base como public, al menos hasta que veamos la utilidad de hacerlo como privadas.

Veamos un ejemplo sencillo basado en la idea del punto anterior:

// Clase base Persona:
class Persona {
  public:
   Persona(char *n, int e);
   const char *LeerNombre(char *n) const;
   int LeerEdad() const;
   void CambiarNombre(const char *n);
   void CambiarEdad(int e);

  protected:
   char nombre[40];
   int edad;
};

// Clase derivada Empleado:
class Empleado : public Persona {
  public:
   Empleado(char *n, int e, float s);
   float LeerSalario() const;
   void CambiarSalario(const float s);

  protected:
   float salarioAnual;
};

Podrás ver que hemos declarado los datos miembros de nuestras clases como protected. En general es recomendable declarar siempre los datos de nuestras clases como privados, de ese modo no son accesibles desde el exterior de la clase y además, las posibles modificaciones de esos datos, en cuanto a tipo o tamaño, sólo requieren ajustes de los métodos de la propia clase.

Pero en el caso de estructuras jerárquicas de clases puede ser interesante que las clases derivadas tengan acceso a los datos miembros de las clases base. Usar el acceso protected nos permite que los datos sean inaccesibles desde el exterior de las clases, pero a la vez, permite que sean accesibles desde las clases derivadas.

Constructores de clases derivadas

Cuando se crea un objeto de una clase derivada, primero se invoca al constructor de la clase o clases base y a continuación al constructor de la clase derivada. Si la clase base es a su vez una clase derivada, el proceso se repite recursivamente.

Lógicamente, si no hemos definido los constructores de las clases, se usan los constructores por defecto que crea el compilador.

Veamos un ejemplo:

#include <iostream>
using namespace std;

class ClaseA {
  public:
   ClaseA() : datoA(10) {
      cout << "Constructor de A" << endl;
   }
   int LeerA() const { return datoA; }

  protected:
   int datoA;
};

class ClaseB : public ClaseA {
  public:
   ClaseB() : datoB(20) {
      cout << "Constructor de B" << endl;
   }
   int LeerB() const { return datoB; }

  protected:
   int datoB;
};

int main() {
   ClaseB objeto;

   cout << "a = " << objeto.LeerA()
        << ", b = " << objeto.LeerB() << endl;

   return 0;
}

La salida es ésta:

Constructor de A
Constructor de B
a = 10, b = 20

Se ve claramente que primero se llama al constructor de la clase base A, y después al de la clase derivada B.

Es relativamente fácil comprender esto cuando usamos constructores por defecto o cuando nuestros constructores no tienen parámetros, pero cuando sobrecargamos los constructores o usamos constructores con parámetros, no es tan simple.

Inicialización de clases base en constructores

Cuando queramos inicializar las clases base usando parámetros desde el constructor de una clase derivada lo haremos de modo análogo a como lo hacemos con los datos miembro, usaremos el constructor de la clase base con los parámetros adecuados. Las llamadas a los constructores deben escribirse antes de las inicializaciones de los parámetros.

Sintaxis:

<clase_derivada>(<lista_de_parámetros>) :
   <clase_base>(<lista_de_parámetros>) {}

De nuevo lo veremos mejor con otro ejemplo:

#include <iostream>
using namespace std;

class ClaseA {
  public:
   ClaseA(int a) : datoA(a) {
      cout << "Constructor de A" << endl;
   }
   int LeerA() const { return datoA; }

  protected:
   int datoA;
};

class ClaseB : public ClaseA {
  public:
   ClaseB(int a, int b) : ClaseA(a), datoB(b) { // (1)
      cout << "Constructor de B" << endl;
   }
   int LeerB() const { return datoB; }

  protected:
   int datoB;
};

int main() {
   ClaseB objeto(5,15);

   cout << "a = " << objeto.LeerA() << ", b = "
        << objeto.LeerB() << endl;

   return 0;
}

La salida es esta:

Constructor de A
Constructor de B
a = 5, b = 15

Observa cómo hemos definido el constructor de la ClaseB (1). Para empezar, recibe dos parámetros: "a" y "b". El primero se usará para inicializar la clase base ClaseA, para ello, después de los dos puntos, escribimos el constructor de la ClaseA, y usamos como parámetro el valor "a". A continuación escribimos la inicialización del datoB, separado con una coma y usamos el valor "b".

Inicialización de objetos miembros de clases

También es posible que una clase tenga como miembros objetos de otras clases, en ese caso, para inicializar esos miembros se procede del mismo modo que con cualquier dato miembro, es decir, se añade el nombre del objeto junto con sus parámetros a la lista de inicializaciones del constructor.

Esto es válido tanto en clases base como en clases derivadas.

Veamos un ejemplo:

#include <iostream>
using namespace std;

class ClaseA {
  public:
   ClaseA(int a) : datoA(a) {
      cout << "Constructor de A" << endl;
   }
   int LeerA() const { return datoA; }

  protected:
   int datoA;
};

class ClaseB {
  public:
   ClaseB(int a, int b) : cA(a), datoB(b) { // (1)
      cout << "Constructor de B" << endl;
   }
   int LeerB() const { return datoB; }
   int LeerA() const { return cA.LeerA(); } // (2)

  protected:
   int datoB;
   ClaseA cA;
};

int main() {
   ClaseB objeto(5,15);

   cout << "a = " << objeto.LeerA() << ", b = "
        << objeto.LeerB() << endl;

   return 0;
}

En la línea (1) se ve cómo inicializamos el objeto de la ClaseA (cA), que hemos incluido dentro de la ClaseB.

En la línea (2) vemos que hemos tenido que añadir una nueva función para que sea posible acceder a los datos del objeto cA. Si hubiéramos declarado cA como public, este paso no habría sido necesario.

Sobrecarga de constructores de clases derivadas

Por supuesto, los constructores de las clases derivadas también pueden sobrecargarse, podemos crear distintos constructores para diferentes inicializaciones posibles, y también usar parámetros con valores por defecto.

Destructores de clases derivadas

Cuando se destruye un objeto de una clase derivada, primero se invoca al destructor de la clase derivada, si existen objetos miembro a continuación se invoca a sus destructores y finalmente al destructor de la clase o clases base. Si la clase base es a su vez una clase derivada, el proceso se repite recursivamente.

Al igual que pasaba con los constructores, si no hemos definido los destructores de las clases, se usan los destructores por defecto que crea el compilador.

Veamos un ejemplo:

#include <iostream>
using namespace std;

class ClaseA {
  public:
   ClaseA() : datoA(10) {
      cout << "Constructor de A" << endl;
   }
   ~ClaseA() { cout << "Destructor de A" << endl; }
   int LeerA() const { return datoA; }

  protected:
   int datoA;
};

class ClaseB : public ClaseA {
  public:
   ClaseB() : datoB(20) {
      cout << "Constructor de B" << endl;
   }
   ~ClaseB() { cout << "Destructor de B" << endl; }
   int LeerB() const { return datoB; }

  protected:
   int datoB;
};

int main() {
   ClaseB objeto;

   cout << "a = " << objeto.LeerA() << ", b = "
        << objeto.LeerB() << endl;

   return 0;
}

La salida es esta:

Constructor de A
Constructor de B
a = 10, b = 20
Destructor de B
Destructor de A

Se ve que primero se llama al destructor de la clase derivada B, y después al de la clase base A.