C++：继承

最新推荐文章于 2025-04-08 16:23:11 发布

沧浪之水!

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分类专栏： C++ 文章标签： c++ 开发语言

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一、什么是继承？

概念：

在我们认识模板之后，模板是写与类型无关的代码，是一种复用方法。今天讲解的是继承，继承也是代码复用的方法，是在原有的基础上进行增加新的类。由此继承体现了面向对象的层次结构，是一种类设计层次上的复用。

在C++中，继承是一种面向对象变成的重要概念，它允许一个类（子类或派生类）从另一个类（父类、基类）那里继承属性和行为。

class BaseClass {
	基类的成员函数和方法
};
class DerivedClass : public BaseClass {
	派生类的成员和方法
};

class Person
{
public:
	Person(int age = 18, int num = 39)
		:_age(age)
		, _num(num)
	{}
	void Print()
	{
		cout << _age << " " << _num << endl;
	}
protected:
	int _age;
	int _num;
};

class Teacher :public Person
{
protected:
	int _job_number;
};

int main()
{
	Person p;
	Teacher t;
	p.Print();
	t.Print();
	return 0;
}

这个代码中，Person类有age和num，Teacher继承了Person，其中有age和num，还有它自己的_job_number，也可以调用Print()。打印的都是18和39，继承了父类的成员（成员函数+成员变量）都变成了子类的一部分。这就体现了Teacher 复用了Person的成员。

定义：

Person是父类（基类），Teacher是派生类。

访问性质跟const差不多，只能缩小，不能放大权限。继承后的成元的访问权限是同时受父类访问限定符和子类继承父类的方式影响。互相组合，一共有9种继承方式。红色标注的为常用。

总结：

1.基类 private 成员在派生类中无论以什么方式继承都是不可见的。【这里的不可见是指基类的私有成员还是被继承到了派生类对象中，但是在语法上限制派生类对象不管是在类里面还是在类外面都不能去访问它。】
2.基类 private 成员在派生类中是不能被访问，如果基类成员不想在类外直接被访问，但需要在派生类中能访问，就定义为 protected。可以看出保护成员限定符是因继承才出现的。
3.实际从上面的表格种，我们总结一下可以发现，基类的私有成员在子类都是不可见的。基类的其他成员在子类的访问方式 == Min（访问方式，继承方式），public > protected > private。
4.使用关键字 class 时默认的继承方式是 private，使用 struct 时默认的继承方式是 public，不过最好显示的写出继承方式。
5.在实际运用中一般使用都是 public（公有）继承，几乎很少使用 protetced（保护）/ private（私有）继承，也不提倡使用 protetced / private 继承，因为 protetced / private 继承下来的成员都只能在派生类的类里面使用，实际中扩展维护性不强。

关于访问访问限定符public,protected,private的解释：
基类成员想让它被所有人访问，就设置成 public。
基类成员不想让它在类外被直接访问，但需要在派生类中被访问，就设置成 protected。
基类成员不想让它在类外被直接访问，也不想让它在派生类中被访问，就设置成 private。

二、基类和派生类对象赋值转换

派生类对象可以赋值给基类的对象/指针/引用，（切割 / 切片）。派生类中基类的那一部分切割出来赋值过去。
基类不能赋值给派生类。
基类的指针或者引用可以通过强制类型转换赋值给派生类的指针或者引用，但基类的指针必须指针派生类时才是安全的。

class Base {
protected:
	string _name;
	int _age;
};
class Derived : public Base {
public:
	int _number;
};
void Test()
{
	Derived D;
	Base B = D;//1.派生类可以赋值给基类
	Base* B1 = &D;
	Base& B2 = D;

	//Derived D = B;//2.基类不能赋值给派生类

	B1 = &D;//3.基类的指针可以通过强制类型转换赋值给派生类的指针。
	Derived* D1 = (Derived*)B1;//行得通
	D1->_number = 10;
	B1 = &B;
	Derived* D2 = (Derived*)B1;//转换时虽然可以，但是存在越界访问的问题。
	D2->_number = 10;
};

三、继承中的作用域

1.基类和派生类都有独立的作用域。
2.当子类和父类中有同名成员时，子类成员将屏蔽父类对同名成员的直接访问，这种方式叫隐藏，也叫重定义。(但在子类中可以使用这种方式访问：（基类::基类成员）)
3.实际当中最好不要定义同名的成员。

// 基类
class Person
{
protected:
	string _name = "张三"; // 姓名
	int _num = 3622032;   // 身份证号
};

// 派生类
class Student : public Person
{
public:
	void Print()
	{
		cout << "姓名:" << _name << endl;
		cout << "身份证号:" << Person::_num << endl; // 类名::成员显示访问
		cout << "学号:" << _num << endl; // 打印的是派生类的学号
	}
protected:
	int _num = 2022090145; // 学号
};

int main()
{
	Student s1;
	s1.Print();

	return 0;
};

其中基类和派生类的成员同名了，使用作用域访问符依然可以跑，但是不建议同名，容易混淆。

class A
{
public:
    void fun()
    {
        cout << "func()" << endl;
    }
};

class B : public A
{
public:
    void fun(int i)
    {
        A::fun(); // 类名::成员 还是可以访问的
        cout << "func(int i) = " << i << endl;
    }
};

int main()
{
    B b;
    b.fun(20);

    return 0;
};

注意：

这里要重点区分一下函数重载，首先重载是对同一作用域中才存在的概念，这里肯定不构成重载。其次隐藏的要求也和重载不同，只需要和基类成员函数同名就能构造隐藏。

B 中的 fun 和 A 中的 fun 不是构成重载，因为不在同一作用域。
B 中的 fun 和 A 中的 fun 构成隐藏，成员函数满足函数名相同就构成隐藏。

四、派生类的默认成员函数

6个默认成员函数，就是指我们不写，编译器会变我们自动生成一个，那么在派生类中，这几个成员函数是如何生成的。

1.派生类的构造函数必须调用基类的构造函数初始化基类的那一部分成员。如果基类没有默认的构造函数，则必须在派生类构造函数的初始化列表阶段显示调用。
2.派生类的拷贝构造函数必须调用基类的拷贝构造完成基类的拷贝初始化。
3.派生类的operator=必须要调用基类的operator=完成基类的复制。
4.派生类的析构函数会在被调用完成后自动调用基类的析构函数清理基类成员。因为这样才能保证派生类对象先清理派生类成员再清理基类成员的顺序。
5.派生类对象初始化先调用基类构造再调派生类构造。
6.派生类对象析构清理先调用派生类析构再调基类的析构。

基类
class Person
{
public :
    默认构造函数
    Person(const char* name = "Peter")
        : _name(name )
    {
        cout << "Person()" << endl;
    }
    
    拷贝构造函数
    Person(const Person& p)
        : _name(p._name)
    {
        cout << "Person(const Person& p)" << endl;
    }
    
    赋值重载函数
    Person& operator=(const Person& p )
    {
        cout << "Person operator=(const Person& p)" << endl;
        if (this != &p)
            _name = p ._name;
        
        return *this ;
    }
    
    析构函数
    ~Person()
    {
        cout << "~Person()" << endl;
    }
protected :
    string _name ; // 姓名
};
 
派生类
class Student : public Person
{
public :
    自己实现派生类的构造函数
    注意：继承的基类成员是作为一个整体，调用基类的构造函数进行初始化
    Student(const char* name, int num)
        : Person(name) 显示调用基类的构造函数
        , _num(num)
    {
        cout << "Student()" << endl;
    }
 
    如果我们要自己实现派生类的拷贝构造，如下所示：
	但一般用编译器默认生成的即可，如果派生类中存在深拷贝，才需要自己实现
    Student(const Student& s)
        : Person(s) 必须显示调用基类的拷贝构造（这里会发生切片）
        , _num(s ._num)
    {
        cout << "Student(const Student& s)" << endl ;
    }
 
    自己实现派生类的赋值重载函数
    Student& operator = (const Student& s )
    {
        cout << "Student& operator= (const Student& s)" << endl;
        if (this != &s)
        {
            Person::operator =(s); 必须显示调用基类的赋值重载（这里会发生切片）
            _num = s ._num;
        }
        return *this ;
    } 
 
    ~Student() 先清理自己的资源
    {
        cout << "~Student()" << endl;
    } 结束后会自动调用父类的析构函数
protected :
    int _num ; //学号
};
 
int main()
{
    Student s1 ("Jack", 18);调用构造函数
    Student s2 (s1); 调用拷贝构造函数
    Student s3 ("Rose", 17);
    s1 = s3 ; 调用重载赋值函数
 
    return 0;
}

五、继承与友元

友元关系 不能继承，也就是说基类友元不能访问子类私有和保护成员。

class Student;
 
// 基类
class Person
{
public:
    friend void Display(const Person& p, const Student& s); // 声明该函数是基类的友元
protected:
    string _name; // 姓名
};
 
// 派生类
class Student : public Person
{
protected:
    int _stuNum; // 学号
};
 
void Display(const Person& p, const Student& s)
{
    cout << p._name << endl; // 你是基类的友元，访问基类对象是可以的
    cout << s._stuNum << endl; // 友元不继承你不能访问派生类对象，这里会报错，显示不可访问
}
 
int main()
{
    Person p;
    Student s;
    Display(p, s);
 
    return 0;
}

六、继承与静态成员

基类定义了 static 静态成员，则整个继承体系里面只有一个这样的成员。无论派生出多少个子类，都只有一个 static 成员实例。

//无论继承多少层，大家用的始终是同一个变量
 
// 基类
class Person
{
public :
    Person () {++ _count ;}
protected :
    string _name ; // 姓名
public :
    static int _count; // 统计人的个数
};
 
int Person :: _count = 0;
class Student : public Person
{
protected :
    int _stuNum ; // 学号
};
 
class Graduate : public Student
{
protected :
    string _seminarCourse ; // 研究科目
};
 
void TestPerson()
{
    Student s1 ;
    Student s2 ;
    Student s3 ;
    Graduate s4 ;
    cout << " 人数 :" << Person ::_count << endl;
    Student ::_count = 0;
    cout << " 人数 :" << Person ::_count << endl;
}

七、菱形继承和虚拟继承

1、单继承：一个子类只有一个直接父类时称这个继承关系为单继承。

2、多继承：一个子类有两个或以上直接父类时称这个继承关系为多继承。

3、菱形继承：菱形继承是多继承的一种特殊情况。

菱形继承的问题：从下面的对象成员模型构造，可以看出菱形继承有 数据冗余 和 二义性 的问题。 在 Assistant 的对象中 Person 成员会有两份。 如何理解？就是Student 和 Teacher 继承了Person 的数据，它们两个类中都有Person中的一份数据，然后Assistant 又继承了Student 和 Teacher ，这就有了两份相同Person中的数据，一份来源于Student，另一份来源于Teacher。

数据冗余：实际上Assistant只需要一份Person中的数据，但存在两份，就导致了数据冗余。

二义性：Assistant要继承Person数据时，不知道要调用哪个类继承下来的Person里面的数据。

如何解决？

虚拟继承 可以解决菱形继承的二义性和数据冗余的问题。
如上面的继承关系，在 Student 和 Teacher 的继承 Person 时使用虚拟继承，即可解决问题。虚拟继承不要在其他地方去使用。
注意：virtual 不是在 Assistant 处加，而是在菱形中间腰部 (Student 和 Teacher) 的位置加。


class Person
{
public:
	string _name; // 姓名
	// id 家庭住址 身份证号码
};

class Student : virtual public Person
{
protected:
	int _num; //学号
};

class Teacher : virtual public Person
{
protected:
	int _id; // 职工编号
};

class Assistant : public Student, public Teacher
{
protected:
	string _majorCourse; // 主修课程
};

// 数据冗余/二义性
int main()
{
	Assistant a;
	a._name = "小张";
	a.Student::_name = "张三";
	a.Teacher::_name = "张老师";

	return 0;
}

class A
{
public:
	int _a;
};

class B : virtual public A
{
public:
	int _b;
};


class C : virtual public A
{
public:
	int _c;
};

class D : public B, public C
{
public:
	int _d;
};

int main()
{
	D d;
	d._b = 1;
	d._c = 2;
	d._d = 3;
	d.B::_a = 4;
	d.C::_a = 5;
	//d._a = 6;

	B b;
	b._a = 1;
	b._b = 2;
	B* ptr = &b;
	ptr->_a = 10;
	ptr->_b = 11;

	ptr = &d;
	ptr->_a = 20;
	ptr->_b = 21;

	return 0;
}

类中B有A的内容，C中也有A的内容，因此就造成了数据冗余的情况。用虚基表virtual，就可以避免这种情况，此时A同时属于B和C，而B和C中存储了一个指针，这个指针指向虚基表，虚基表中存储的时偏移量，通过偏移量就可以找到A中的数据位置，进行访问。

八、总结

继承允许你根据基类的实现来定义派生类的实现。这种通过生成派生类的复用通常被称为白箱复用（white-box reuse）。术语 “白箱” 是相对可视性而言：在继承方式中，基类的内部细节对子类可见。继承一定程度破坏了基类的封装，基类的改变，对派生类有很大的影响。派生类和基类间的依赖关系很强，耦合度高。

对象组合是类继承之外的另一种复用选择。新的更复杂的功能可以通过组装或组合对象来获得。对象组合要求被组合的对象具有良好定义的接口。这种复用风格被称为黑箱复用（black-box reuse），因为对象的内部细节是不可见的。对象只以 “黑箱” 的形式出现。组合类之间没有很强的依赖关系，耦合度低。优先使用对象组合有助于你保持每个类被封装。
实际尽量多去用组合。组合的耦合度低，代码维护性好。不过继承也有用武之地的，有
些关系就适合继承那就用继承，另外要实现多态，也必须要继承。类之间的关系可以用继承，可以用组合，就用组合。

// Car和BMW Car和Benz构成is-a的关系
class Car{
protected:
    string _colour = "白色"; // 颜色
    string _num = "粤DK0896"; // 车牌号
};
   
class BMW : public Car{
public:
    void Drive()
    {
        cout << "好开-操控" << endl;
    }
};
   
class Benz : public Car{
public:
    void Drive()
    {
        cout << "好坐-舒适" << endl;
    }
};
   
// Tire和Car构成has-a的关系
class Tire{
protected:
    string _brand = "Michelin"; // 品牌
    size_t _size = 17;          // 尺寸
};
   
class Car{
protected:
    string _colour = "白色";  // 颜色
    string _num = "粤DK0896"; // 车牌号
    Tire _t; // 轮胎
};