C++必看：子类引用绑定到父类问题

原创于 2025-07-16 09:33:52 发布 · 465 阅读

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#c++ #开发语言 #服务器 #c语言 #java

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在 C++ 中，子类对象可以赋值给父类的引用，这是面向对象编程中多态性的重要特性之一。这种行为基于继承关系和引用类型的兼容性。不过，这种赋值有一些前提条件和注意事项，我会详细解释。

1. 基本概念

在 C++ 中：

继承：子类（派生类）从父类（基类）继承，子类是父类的一种扩展。
引用：引用是某个对象的别名，引用类型的兼容性依赖于对象的实际类型和类的继承关系。
多态性：通过基类引用（或指针）操作派生类对象，是实现多态的关键。

根据 Liskov 替换原则（LSP），子类对象可以在任何需要父类对象的地方使用。因此，子类对象可以赋值给父类的引用。

2. 规则

前提：子类必须是父类的派生类（直接或间接继承）。
赋值方式：子类对象可以直接赋值给父类的引用，但仅限于引用或指针的形式，而不能直接赋值给父类对象（因为会涉及对象切片，后面会解释）。
动态多态：如果父类有虚函数，子类重写了这些虚函数，通过父类引用调用时会表现出子类的行为。

3. 示例代码

以下是一个简单的例子，展示子类赋值给父类引用的用法：

#include <iostream>
using namespace std;

class Parent {
public:
    virtual void show() { // 虚函数，支持动态多态
        cout << "Parent class" << endl;
    }
};

class Child : public Parent {
public:
    void show() override { // 重写父类的虚函数
        cout << "Child class" << endl;
    }
};

int main() {
    Child child;           // 子类对象
    Parent& ref = child;   // 父类引用绑定到子类对象

    ref.show();            // 调用子类的 show()，输出 "Child class"

    return 0;
}

输出

Child class

4. 为什么可以这样做？

内存布局：子类对象包含父类的所有成员（数据和函数），因此在内存中，子类对象的前半部分与父类对象布局兼容。
类型安全：编译器允许这种赋值，因为子类对象“至少”是父类类型，能满足父类引用的所有要求。
虚函数表：如果父类有虚函数，子类对象通过虚函数表（vtable）保留了自己的行为，通过父类引用调用时仍能正确解析。

5. 注意事项

(1) 对象切片问题

如果直接将子类对象赋值给父类对象（而不是引用或指针），会发生对象切片（Object Slicing），即只复制父类部分的成员，子类的额外成员会被丢弃。例如：

#include <iostream>
using namespace std;

class Parent {
public:
    void show() {
        cout << "Parent class" << endl;
    }
};

class Child : public Parent {
public:
    void show() {
        cout << "Child class" << endl;
    }
};

int main() {
    Child child;
    Parent obj = child; // 直接赋值给对象，发生切片
    obj.show();         // 输出 "Parent class"，子类的 show() 被丢弃

    return 0;
}

输出

Parent class

解决办法：使用引用或指针避免切片：

Parent& ref = child;  // 引用
Parent* ptr = &child; // 指针

(2) 需要虚函数实现多态

如果父类方法不是虚函数，通过父类引用调用时会调用父类的版本，而不是子类的版本。例如：

#include <iostream>
using namespace std;

class Parent {
public:
    void show() { // 非虚函数
        cout << "Parent class" << endl;
    }
};

class Child : public Parent {
public:
    void show() {
        cout << "Child class" << endl;
    }
};

int main() {
    Child child;
    Parent& ref = child;
    ref.show(); // 输出 "Parent class"，因为 show() 不是虚函数

    return 0;
}

输出

Parent class

解决办法：在父类中将函数声明为 virtual，支持动态多态。

(3) 访问权限

通过父类引用只能访问父类中定义的成员。如果子类有额外的成员，无法通过父类引用直接访问，除非通过类型转换（例如 static_cast 或 dynamic_cast）。

6. 更复杂的例子

以下是一个多态的实际应用：

#include <iostream>
using namespace std;

class Animal {
public:
    virtual void speak() {
        cout << "Some sound" << endl;
    }
    virtual ~Animal() {} // 虚析构函数，防止内存泄漏
};

class Dog : public Animal {
public:
    void speak() override {
        cout << "Woof!" << endl;
    }
};

class Cat : public Animal {
public:
    void speak() override {
        cout << "Meow!" << endl;
    }
};

void makeSound(Animal& animal) { // 接受父类引用
    animal.speak();
}

int main() {
    Dog dog;
    Cat cat;

    makeSound(dog); // 输出 "Woof!"
    makeSound(cat); // 输出 "Meow!"

    Animal& ref1 = dog;
    Animal& ref2 = cat;
    ref1.speak();   // 输出 "Woof!"
    ref2.speak();   // 输出 "Meow!"

    return 0;
}