c++中的继承

• 继承的概念及定义
• 基类和派生类对象赋值转换
• 继承中的作用域
• 派生类的默认成员函数
• 继承与友元及静态成员
• 复杂的菱形继承及菱形虚拟继承
• 继承与组合

1. 继承的概念及定义
1.1 概念

继承机制是面向对象程序设计使代码复用的最重要的手段，它允许程序员在保持原有类特性的基础上进行扩展，增加功能，这样产生新的类，称派生类。继承呈现了面向对象程序设计的层次结构，体现了由简单到复杂的认识过程。继承是类设计层次的复用

1.2 定义格式

1.3 继承关系和访问限定符

1.4 继承基类成员访问方式的变化

protected：在类外无法访问，但是在子类中可以访问
private：在类外和子类中都无法访问
public继承：不改变基类成员在子类成员中的访问权限
protected继承：基类成员在子类成员中的最低访问权限为protected
private继承：基类成员在子类成员中的最低访问权限为private

2. 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 / 基类的指针 / 基类的引用。这里有个形象的说法叫切片或者切割。寓意把派生类中父类那部分切来赋值过去。
• 基类对象不能赋值给派生类对象
• 基类的指针可以通过强制类型转换赋值给派生类的指针。但是必须是基类的指针是指向派生类对象时才是安全的。

**

int main()
{
    int a = 10;
    float b = 1.5;
    //隐式类型转换：类型相似的变量可以进行相互赋值，通过隐式类型转换
    a = b;
    int* pa = &a;
    int c = 10;
    //强制类型转换
    pa = (int*)c;
    Person p;
    Student s;
    //切片： 子类对象可以赋给父类对象
    p = s;
    //父类对象不能赋值给子类对象
    //s = p;
    //子类指针可以赋给父类指针
    Person* ptr = &s;
    //子类可以赋给父类引用： 引用的底层就是指针
    Person& ref = s;
    //父类的指针不能赋给子类指针：可能会发生访问越界
    //Student* ptr2 = &p;
    
    Student* ptr2 = (Student*)ptr;
}

3.继承中的作用域

1. 在继承体系中基类和派生类都有独立的作用域。
2. 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，这种情况叫隐藏，也叫重定义。（在子类成员函数中，可以使用 基类::基类成员 显示访问）
3. 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。
4. 注意在实际中在继承体系里面最好不要定义同名的成员。

成员隐藏：

1.成员变量隐藏：子类相同名称的成员隐藏基类同名成员，通过基类作用域访问基类成员变量
2.成员函数隐藏：函数名相同即构成隐藏，同名函数会隐藏基类函数，和参数无关

4.派生类的默认成员函数

构造：

1.默认生成的，首先会调用父类的默认构造函数，在调用自己的构造函数
2.显示定义：如果父类有默认构造，可以不显示调用，如果父类没有默认构造，需要在初始化列表显示调用

拷贝构造：

1.默认生成的，编译器会自动调用父类的拷贝构造
2.显示定义：如果不显示调用父类拷贝构造，编译器会调用父类的默认构造

赋值运算符：

1.默认生成的，编译器会自动调用父类的赋值运算符重载函数
2.显示定义：如果不显示调用父类的赋值运算符重载函数，编译器不会调用父类的任何成员函数

析构：

1.默认生成，先执行自己的析构函数，编译器在调用父类的析构
2.显示定义：不需要显示调用父类析构，编译器会自动调用，注意父类析构和子类析构构成隐藏

取地址：

使用编译器默认生成即可

class Person
{
public:
    Person(const char* name = "hello")
         : _name(name)
    {
         cout << "Person()" << endl;
    }
    Person(const Person& p)  // Person(Person*  this, const Person& p)
         : _name(p._name)
    {
         cout << "Person(const Person& p)" << endl;
    }
    Person& operator=(const Person& p)
    {
         cout << "Person operator=(const Person&  p)" << endl;
         if (this != &p)
             _name = p._name;
         return *this;
    }
    ~Person() // ~destructor
    {
         cout << "~Person()" << endl;
    }
    
protected:
    string _name; // 姓名
};
class Student : public Person
{
public:
    //父类的成员变量不能直接在子类的构造和拷贝构造中直接初始化，
    //必须调用父类的构造和拷贝构造进行初始化
    //子类构造函数先调用父类构造函数，在执行子类构造函数
    Student(const char* name = "helo")
         :_id(10)
         ,Person(name)
    {
         cout << "Student(const char* name)" <<  endl;
    }
    // 如果子类不显示调用父类的拷贝构造，则调用父类的默认构造函数
    // 如果子类显示调用父类的拷贝构造，就不会再去调用父类的默认构造函数
    Student(const Student& s)  // (Student* this,  const Student& s)
         :Person(s)
         ,_id(10)
    {
         cout << "Student(const Student& s)" <<  endl;
    }
    //父类的成员变量可以在子类的赋值运算符重载函数中直接赋值
    //如果是编译器默认生成的子类赋值运算符重载函数，会调用父类的赋值运算符重载函数进行赋值
    Student& operator=(const Student& s)
    {
         if (this != &s)
         {
             //_name = s._name;
             //建议直接显示调用父类的赋值运算符重载函数，代码复用
             Person::operator=(s);
             _id = 10;
         }
         return *this;
    }
    //析构函数：不允许显式调用父类的析构函数
    ~Student()  // ~destructor  同名隐藏，编译器底层对析构函数的名字做了修改，为了使用多态
    {
         cout << "~Student()" << endl;
         //Person::~Person();
    }
private:
    int _id;
};
int main()
{
    Student s;
    Student cpy(s);
    Student s2 = s;  //拷贝构造
    //s2 = s;  //赋值运算符重载
    //构造和析构的调用顺序：
    //构造顺序： 基类构造-->派生类构造
    //析构顺序： 派生类析构-->基类析构
    return 0;
}

5. 继承和友元以及静态成员
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);
}

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 。

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;
}

6. 复杂的菱形继承及菱形虚拟继承
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。

注意：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。

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。需要注意的是，虚拟继承不要在其他地方去使用。

菱形虚拟继承的原理
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;
}

下图是菱形虚拟继承的内存对象成员模型：这里可以分析出D对象中将A放到的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。这两个指针叫虚基表指针，这两个表叫虚基表。虚基表中存的偏移量。通过偏移量可以找到下面的A。

下面是上面的Person关系菱形虚拟继承的原理解释：

7. 继承与组合

• public继承是一种is-a的关系。也就是说每个派生类对象都是一个基类对象。
• 组合是一种has-a的关系。假设B组合了A，每个B对象中都有一个A对象。
• 优先使用对象组合，而不是类继承 。
• 继承允许你根据基类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 = "陕ABIT00"; // 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 = "陕ABIT00"; // 车牌号
 Tire _t; // 轮胎
 };