什么是继承性？C++中如何实现继承？ 继承的好处和注意事项有哪些？

一、继承性的概念

定义

在面向对象编程中，继承性是一种机制，它允许创建一个新的类（称为派生类或子类）从一个现有的类（称为基类或父类）获取成员变量和成员函数。简单来说，子类继承了父类的属性和行为，并且可以在此基础上添加新的特性或者修改从父类继承来的特性。

示例

以交通工具为例，假设Vehicle（交通工具）是一个基类，它有成员变量如speed（速度）和成员函数如move()（移动）。Car（汽车）类可以从Vehicle类继承，这样Car类就自动拥有了speed变量和move()函数，并且还可以添加自己特有的成员，如numberOfDoors（车门数量）和openDoor()（开门）函数。

二、C++ 中实现继承的方式

语法格式

在 C++ 中，通过在派生类定义时使用冒号:和关键字public（公有继承）、private（私有继承）或protected（保护继承）来指定继承方式，后面跟上基类名称。例如：

class Base {
    // 基类的成员声明
};
class Derived : public Base {
    // 派生类的成员声明
};

三种继承方式的区别

公有继承（public）

基类的公有成员在派生类中仍然是公有成员，基类的保护成员在派生类中仍然是保护成员，基类的私有成员不能被派生类直接访问。这种继承方式保持了基类接口的开放性，使得派生类对象可以像基类对象一样使用基类的公有成员函数。例如：

class Base {
public:
    void publicFunction() {}
protected:
    int protectedVariable;
private:
    int privateVariable;
};
class Derived : public Base {
public:
    void accessBaseMembers() {
        publicFunction(); 
        // 可以访问基类的公有成员函数
        protectedVariable = 10; 
        // 可以访问基类的保护成员变量
        // privateVariable = 20; 
        // 错误，不能访问基类的私有成员变量
    }
};

私有继承（private）

基类的公有成员和保护成员在派生类中都变成私有成员。这意味着派生类对象不能直接访问基类的公有成员函数，外部代码通过派生类对象也无法访问基类的任何成员。例如：

class Base {
public:
    void publicFunction() {}
protected:
    int protectedVariable;
};
class Derived : private Base {
public:
    void accessBaseMembers() {
        publicFunction(); 
        // 可以在派生类内部访问基类的公有成员函数，但在外部不可访问
        protectedVariable = 10; 
        // 可以在派生类内部访问基类的保护成员变量，但在外部不可访问
    }
};
int main() {
    Derived d;
    // d.publicFunction(); 
    // 错误，私有继承后基类的公有成员在派生类外部不可访问
    return 0;
}

保护继承（protected）

基类的公有成员和保护成员在派生类中都变成保护成员。这使得派生类的派生类（孙类）可以访问这些成员，但外部代码不能通过派生类对象访问基类的成员。例如：

class Base {
public:
    void publicFunction() {}
protected:
    int protectedVariable;
};
class Derived : protected Base {
public:
    void accessBaseMembers() {
        publicFunction(); 
        // 可以在派生类内部访问基类的公有成员函数，但在外部不可访问
        protectedVariable = 10; 
        // 可以在派生类内部访问基类的保护成员变量，但在外部不可访问
    }
};
class GrandDerived : public Derived {
public:
    void accessBaseMembersFurther() {
        publicFunction(); 
        // 可以访问，因为是保护继承，孙类可以访问基类的公有成员函数
        protectedVariable = 20; 
        // 可以访问，因为是保护继承，孙类可以访问基类的保护成员变量
    }
};

三、继承的好处

代码复用

可以避免重复编写相同的代码。例如，如果有多个类都具有一些相同的基本属性和行为，通过将这些共同的部分放在基类中，然后让其他类继承自这个基类，就可以减少代码量。像前面提到的交通工具的例子，不同类型的交通工具（汽车、自行车、飞机等）都有速度和移动的属性和行为，将这些放在Vehicle基类中，其他交通工具类继承后就不用再次定义这些基本的功能。

层次化设计和建模

能够更好地对现实世界中的对象关系进行建模。例如，在一个图形系统中，可以有一个基类Shape，它具有一些基本的属性如颜色、位置等，以及基本的行为如绘制函数draw()。然后不同的具体形状类（如Circle、Rectangle等）可以继承自Shape类，并且添加自己特有的属性（如Circle的半径）和行为（如根据半径来绘制圆的draw()函数实现）。这样的层次结构使得代码更加清晰，易于理解和维护。

可扩展性

方便对程序进行扩展。当需要添加新的功能或者新的类型时，只需要在派生类中进行添加即可。例如，在游戏开发中，如果有一个基类Character，代表游戏中的角色，具有基本的属性如生命值、攻击力等。当要添加一个新的角色类型，如Magician（魔法师），可以从Character类继承，然后添加魔法师特有的属性如魔法值、魔法技能等，而不需要修改原来的Character类以及其他非魔法师角色类的代码。

四、继承的注意事项

继承层次结构设计

设计继承层次结构时要谨慎，避免创建过于复杂或不合理的层次结构。如果层次结构太深或者太宽，可能会导致代码难以理解和维护。例如，不应该为了一点点差异就创建大量的子类，这样会使类的层次变得混乱。

基类和派生类的耦合性

继承会导致基类和派生类之间有一定的耦合性。当对基类进行修改时，可能会影响到派生类。例如，如果修改了基类的一个成员函数的接口（参数列表或返回值类型），那么所有派生类中重写或者调用这个函数的地方都可能需要修改。所以在设计基类时，要尽量考虑到其稳定性和通用性，避免频繁地修改基类接口。

继承中的函数重写（覆盖）规则

当派生类重写基类的函数时，函数的签名（函数名、参数列表、返回值类型等）需要满足一定的规则。在 C++ 中，函数签名要相同（协变返回类型除外），并且如果基类中的函数是虚函数，派生类中重写的函数也要是虚函数，以保证多态性的正确实现。否则可能会出现意想不到的结果。例如：

class Base {
public:
    virtual void print() {
        std::cout << "Base class print function" << std::endl;
    }
};
class Derived : public Base {
public:
    void print() {
        std::cout << "Derived class print function" << std::endl;
    }
};

在这个例子中，Derived类正确地重写了Base类的print函数，因为Base类中的print函数是虚函数，并且Derived类中的print函数签名和Base类中的相同，这样在使用多态性（通过基类指针或引用调用派生类对象的函数）时就可以正确地调用Derived类的print函数。