C++的继承

继承的概念及定义

继承(inheritance)机制是面向对象程序设计使代码可以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知过程。以前我们接触的复用都是函数复用，继承是类设计层次的复用。

下面让我们先来认识一下继承：

class Person
{
public:
 void Print()
 {
 cout << "name:" << _name << endl;
 cout << "age:" << _age << endl;
 }
protected:
 string _name = "peter"; // 姓名
 int _age = 18;  // 年龄
};


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;
}

 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。

也就是说子类可以继承父类的成员变量和成员函数。

定义格式

通过上述代码，我们可以了解继承的定义格式：

//     基类   继承方式  派生类
class Student : public  Person
{};

继承关系和访问限定符

继承关系和访问限定符是一样的：

 继承基类成员访问方式的变化

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，但是语法上限制派生类对象不管在类里面还是类外面 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. 实际上面的表格我们进行一下总结会发现，基类的私有成员在子类都是不可见。基类的其他 成员在子类的访问方式 == Min(成员在基类的访问限定符，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继承，几乎很少使用protetced/private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。 

class Person
{
public:
	void Print()
	{
		cout << "name:" << _name << endl;
		cout << "age:" << _age << endl;
	}
protected:
	string _name = "peter"; // 姓名
private:
	int _age = 18;  // 年龄
};

 虽然在VS中，子类继承的父类的私有成员变量还可以被观察到， 但是实际上这时基类private成员仅仅只是存在，在派生类中是不能被访问（读写）。

基类和派生类对象赋值转换（切片）

切片的前提是公有（public）继承。

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。

int main()
{
	// 子类对象可以赋值给父类对象/指针/引用
	Student s;
	Person p = s;
	p = s;
	Person* pp = &s;
	Person& rp = s;

	return 0;
}

值得注意的是赋值转换的过程和隐式类型转换不一样，这是这个过程不产生临时变量。

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。

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呢？

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。

7. 因为后续一些场景析构函数需要构成重写，重写的条件之一是函数名相同(这个我们后面会讲 解)。那么编译器会对析构函数名进行特殊处理，处理成destrutor()，所以父类析构函数不加 virtual的情况下，子类析构函数和父类析构函数构成隐藏关系。

下列结果验证了，在我们没有写子类的默认成员函数时，编译器自动生成的默认成员函数会自动调用父类相应的默认成员函数。

class Person
{
public:
    Person(const char* name = "peter")
        : _name(name)
    {
        cout << "Person()" << endl;
    }

    Person(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()
    {
        cout << "~Person()" << endl;
    }
protected:
    string _name; // 姓名
};
class Student : public Person
{
protected:
    int _num; //学号
};

int main()
{
    Student s1;
    Student s2(s1);
    s2 = s1;
    return 0;
}

根据下列结果，很容易得出结论，当子类写默认构造函数时，如果没有显式调用父类的构造函数时自动调用父类的默认构造函数，也就是说在子类构造函数的初始化列表会自动调用父类的默认构造函数。 在显式写子类的赋值重载时并不会自动调用父类的复制重载函数。

class Student : public Person
{
public:
    Student()
    {
        cout << "Student()" << endl;
    }

    Student(const Student& s)
        : _num(s._num)
    {
        cout << "Student(const Student& s)" << endl;
    }

    Student& operator = (const Student& s)
    {
        cout << "Student& operator= (const Student& s)" << endl;
        if (this != &s)
        {
            //Person::operator =(s);
            _num = s._num;
        }
        return *this;
    }

    ~Student()
    {
        cout << "~Student()" << endl;
    }
protected:
    int _num; //学号
};

 正确的写法应该是如下：

class Student : public Person
{
public:
    Student()
    {
        cout << "Student()" << endl;
    }

    Student(const char* name, int num)
        : Person(name)
        , _num(num)
    {
        cout << "Student(const char* name, int num)" << endl;
    }

    Student(const Student& s)
        : Person(s)
        , _num(s._num)
    {
        cout << "Student(const Student& s)" << endl;
    }

    Student& operator = (const Student& s)
    {
        cout << "Student& operator= (const Student& s)" << endl;
        if (this != &s)
        {
            Person::operator =(s);
            _num = s._num;
        }
        return *this;
    }

    ~Student()
    {
        cout << "~Student()" << endl;
    }
protected:
    int _num; //学号
};

注意：在子类写复制重载函数调用父类赋值重载函数时要指定父类作用域，防止栈溢出。

析构函数有两个特点：

第一怪：子类析构函数和父类析构函数构成隐藏关系。（由于多态关系需求，所有析构函数都会特殊处理成destructor函数名）

 第二怪：子类先析构，父类再析构。子类析构函数不需要显示调用父类析构，子类析构后会自动调用父类析构

继承与友元关系

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。

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 。

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。 

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。D的对象中A成员会有两份。

并且在D中直接访问A中的成员变量会报错，因为不知道要访问的是B中的A，还是C中的A。

需要指定作用域访问A，这时D中就有两个A，且不能直接访问。

class A
{
public:
    int _a;
};
class B : public A
{
public:
    int _b;
};
class C : public A
{
public:
    int _c;
};
class D : public B, public C
{
public:
    int _d;
};

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

虚拟继承 

虚拟继承可以解决菱形继承的二义性和数据冗余的问题。

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

虚基表中存的偏移量。通过偏移量 可以找到下面的A。 

菱形虚拟继承

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 = 2;
    d._c = 3;
    d._d = 4;
    d.B::_a = 1;
    d.C::_a = 5;
    d._a = 6;
    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。

继承和组合

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。