【C++语言】继承-优快云博客

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一、继承的概念以及定义

1.1 继承的概念

继承机制是面向对象涉及使用代码可以复用的最重要的手段，允许程序员在保持现有类的基础上进行扩展，增加功能，这样产生新的类，称为派生类。继承呈现了面向对象程序设计的层次结构。继承是类设计层次的复用。

#include <iostream>
#include <string>

class Person
{
public:
	void Print()
	{
		std::cout << "name:" << _name << std::endl;
		std::cout << "age:" << _age << std::endl;
	}
protected:
	std::string _name = "peter"; // 姓名
	int _age = 18;
};
//继承后父类的Person的成员（成员函数+成员变量）都会变成子类的一部分。这里体现出了
//Student和Teacher复用了Person的成员。下面我们使用监视窗口查看Student和Teacher对象，可
//以看到变量的复用。调用Print可以看到成员函数的复用。
class Student : public Person
{
protected:
	int _stuid; // 学号
};

class Teacher : public Person
{
protected:
	int _jobid; // 工号
};
int main()
{
	Student s;
	Teacher t;
	s.Print();
	t.Print();
	return 0;
}

1.2 继承的定义

1.2.1 定义格式

下面我们看到Person是父类，也称为基类，student是子类，也称为派生类：

class student : public person
{};

1.2.2 继承关系和访问限定符

1.2.3 继承基类成员访问方式的变化

总结：

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，但是语法上限制派生类对象不管在类里面还是在类外面都不能去访问它。
基类private成员在派生类中是不能被访问的，如果基类成员不想在类外直接被访问，但是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为继承才出现的。
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。
在实际运用中一般使用都是public继承，几乎很少使用protected/private继承。

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。这里有一个形象的说法：切片或者切割
基类对象不能赋值给派生类对象
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，但是必须是基类的指针是指向派生类对象时才是安全的。这里基类如果是多态类型，可以使用RTTI的dynamic_cast来进行识别后进行安全转换。

三、继承中的作用域

在继承体系中基类和派生类都有独立的作用域
子类和父类中有同名成员，子类成员将屏蔽父类对同名成员的直接访问，这种请求叫做隐藏，也叫做重定义。（在子类成员函数中，可以使用基类::基类成员显示访问）
需要注意的是如果是成员函数的隐藏，只需要函数名相同就构成隐藏
注意在实际中在继承体系里面最好不要定义同名的成员

// B中的fun和A中的fun不是构成重载，因为不是在同一作用域
// 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。
class A
{
public:
	void fun()
	{
		cout << "func()" << endl;
	}
};
class B : public A
{
public:
	void fun(int i)
	{
		A::fun();
		cout << "func(int i)->" << i << endl;
	}
};
void Test()
{
	B b;
	b.fun(10);
};

四、派生类的默认成员函数

6个默认成员函数，“默认”的意思就是指我们不写，编译器会自动生成一个，那么在派生类中，这几个成员函数是如何生成的？？

派生类的拷贝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
派生类的拷贝构造函数必须调用基类的拷贝构造函数完成基类的拷贝初始化
派生类的operator=必须要调用基类的operator=完成基类的复制
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在清理基类成员的顺序
派生类对象初始化先调用基类构造函数再调用派生类构造
派生类对象析构清理先调用派生类析构再调用基类析构

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;
class Person
{
public:
	friend void Display(const Person& p, const Student& s);
protected:
	string _name; // 姓名
};
class Student : public Person
{
protected:
	int _stuNum; // 学号
};
void Display(const Person& p, const Student& s)
{
	cout << p._name << endl;
	cout << s._stuNum << endl;
}
void main()
{
	Person p;
	Student s;
	Display(p, s);
}

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。

static可以修饰类的成员函数和成员变量

static修饰类成员变量

static成员变量是属于类本身的，而不是某一个对象实例。换句话说，所有的类实例共享同一个static成员变量，而不是每一个对象都有一份独立的副本。static成员变量可以在类外部进行定义和初始化，但是在类内部声明时不需要初始化。

特点：

static成员变量在类的所有对象之间共享

他属于类，而不是类的实例

可以通过类名访问，也可以通过对象访问

static成员变量的定义必须在类外进行（通常在类外定义时需要指定类名）

static修饰类成员函数

static成员函数是属于类本身的函数，而不是某一个对象实例。

七、复杂的菱形继承以及类型虚拟继承

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

多继承：一个子类有两个或者以上直接父类时称这个继承关系为多继承

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。

#include <iostream>
#include <string>

class Person
{
public:
	std::string _name; // 姓名
};
class Student : public Person
{
protected:
	int _num; //学号
};
class Teacher : public Person
{
protected:
	int _id; // 职工编号
};
class Assistant : public Student, public Teacher
{
protected:
	std::string _majorCourse; // 主修课程
};
void Test()
{
	// 这样会有二义性无法明确知道访问的是哪一个
	Assistant a;
	// a._name = "peter";
	// 需要显示指定访问哪个父类的成员可以解决二义性问题，但是数据冗余问题无法解决
	a.Student::_name = "xxx";
	a.Teacher::_name = "yyy";
}

int main()
{
	Test();
	return 0;
}

虚拟继承可以解决菱形继承的二义性和数据冗余的问题，比如上面的继承关系，在Student和Teacher的继承Person时使用虚拟继承，即可以解决问题。需要注意的是：虚拟继承不要在其他地方去使用。

虚拟继承解决数据冗余和二义性的原理

为了研究虚拟继承原理，我们给出了一个简化的菱形继承体系，再借助内存窗口观察对象成员的模型：

class A
{
public:
	int _a;
};
// class B : public A
class B : virtual public A
{
public:
	int _b;
};
// class C : public A
class C : virtual public A
{
public:
	int _c;
};
class D : public B, public C
{
public:
	int _d;
};
int main()
{
	D d;
	d.B::_a = 1;
	d.C::_a = 2;
	d._b = 3;
	d._c = 4;
	d._d = 5;
	return 0;
}

下图是菱形继承的内存对象成员模型：这里可以看到数据冗余。

下图是菱形继承的内存对象成员模型，这里可以分析出D对象中将A放到了对象组成的最下面，这个A同时属于B和C，那么B和C如何去找到公共的A呢？？这里是通过了B和C的两个指针，指向的一张表。这两个指针叫做虚基表指针，这两个表叫做虚基表，虚基表中存的偏移量，通过偏移量可以找到下面的A。

八、继承的总结和反思

一般不使用多继承。

继承和组合

继承是一种 is-a 的关系，也就是说每一个派生类对象都有一基类对象
组合是一种 has-a 的关系，假设B组合A，每一个B对象中都有一个A对象
优先使用组合，而不是类继承
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，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者组合对象来获得。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，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一个类被封装
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，有些关系就适合继承就有继承，要实现多态，也必须要继承，类之间的关系可以用继承用继承，可以用组合用组合。