C/C++相关概念和易错知识点（40）（赋值兼容转换、多继承、继承与组合）

1.赋值兼容转换

赋值兼容转换有一点易混，先看一下下面的代码，想想a、b、c对象里面存的什么，顺便结合以前的知识，对继承加深理解。

#include <iostream>
using namespace std;

class A
{
protected:
	A(int a)
		:_a(a)
	{}
	int _a;
};

class B : public A
{
public:
	B(int a, int b)
		:A(a)
		,_b(b)
	{}

	int _b;
};

int main()
{
	B b(1, 2);
	A a = b;
	A c(0);

	return 0;
}

结果如下，其中A c(0)操作不合语法，报错

（1）为什么A c(0)报错？

A的构造函数是protected，对外和private没有任何区别，都是无法访问的，因此在main函数里创建对象无论如何都是不会成功的，因为调不到private构造函数，也不会生成一个默认构造（因为已经有了一个构造函数）

（2）为什么B b(1, 2)操作可行？

B以public继承A的protected函数意味着B能访问A的protected函数，该函数在B中的访问限制为protected，所以在B中是可以调用A的构造函数的，能完成变量的初始化。这里有点难理解，属于继承中比较绕的部分了

（3）A a = b是什么操作？

这涉及一个新的概念：赋值兼容转换。这是子类给父类赋值的一种操作。在这里b是子类对象，a是父类对象。子类可给父类赋值，相当于将子类中的父类继承给它的那部分数据赋值给它。我们还可以使用父类指针或引用，指针就是指向子类的父类部分，当修改父类指针的指向内容时，子类的内容也被修改了。引用也是指向子类的父类部分，相当于给子类的父类部分取别名。

赋值兼容转换类似于将子类切出一部分给父类，所以这个过程又叫切割或切片。

（4）区分赋值兼容转换和隐式类型转换

最本质的区别在于两者的底层操作不同。对于赋值兼容转换来说，无论是赋值、指针、引用，都不会在中间生成临时变量，赋值就是截断后将子类数据拷贝给父类，指针和引用都是直接让父类指向子类对应部分的。而变量隐式类型转换会先用一个临时变量存储类型提升、截断后的数据，再将这个数据赋值回去，这个临时变量的有无是区分两者的关键。

对于赋值兼容转换来说，没有临时变量意味着当父类引用时不会出现权限缩小的情况，即我们可以通过父类引用修改子类的值。

而对于其他变量来说，只要左右数据类型不同就会发生隐式类型转换，中间会产生临时变量，这个变量是常属性的，会导致必须加const才能引用

（5）赋值兼容转换注意事项

a.赋值兼容转换是一个单独的语法规则，和隐式类型转换没有任何关系，前面已经很充分的分析了

b.赋值兼容转换只能在public继承方式下可用

只要继承不是public，无论访问限定符是什么，都不行

c.赋值兼容转换可以跨级

但必须保证子赋值给父，中间继承方式只能是public

2.拷贝构造

看一下下面的代码，尝试理解继承下的拷贝构造

#include <iostream>
using namespace std;

class A
{
public:
	A() = default;
	A(const A& a)
		:_a(new int[10])
	{
		for (int count = 0; count < 10; count++)
		{
			_a[count] = a._a[count];
		}
	}

	int* _a = new int[10] {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};
};

class B : public A
{
public:
	B() = default;

	B(const B& b)
		:A(b)
		,_b(new int[10])
	{
		for (int count = 0; count < 10; count++)
		{
			_b[count] = b._b[count];
		}
	}

	int* _b = new int[10];
};

int main()
{
	B b1;
	B b2 = b1;
	b1._a[0] = 1, b2._a[0] = 2;
	b1._b[0] = 3, b2._b[0] = 4;

	return 0;
}

继承下的六大成员函数都和普通类的成员函数大差不差，只要不显式写，都是默认调用父类的对应的默认成员函数，所以我们需要注意的就是当遇到深拷贝时要会显式地去写拷贝构造

其中特别注意子类的拷贝构造利用了赋值兼容转换，需要着重理解

3.多继承

（1）多继承理解

C++支持多继承，即一个子类继承多个父类，享有多个父类的成员函数和成员变量。在语法上只需要用逗号隔开，分别写继承方式和继承的父类，在特性上和单继承基本上没区别，前面理解了这里就非常简单。

（2）菱形继承

这是在谈到多继承时不得不面对的问题——菱形继承。我们刚刚理解多继承觉得没啥问题，不就是单继承的翻版吗？但下面这种情况就有问题了。

我们会发现，BCD都没有问题，但E就有问题了，E通过两条继承关系链继承了两次A，意味着E里面有两份A的成员变量，这是单继承永远碰不到的情况，这叫数据冗余。

在数据冗余的前提下，E想要初始化或者访问A继承下来的成员变量时，也不知道到底要访问哪一份，这叫做二义性。

（3）二义性

观察下面的代码，看看如何消除二义性。

#include <iostream>
using namespace std;

class A
{
public: 
	int _a;
};

class B : public A
{};

class C : public B
{};

class D : public A
{};

class E : public C, public D
{};

int main()
{
	E e;
	e.D::_a = 1, e.C::_a = 2;
	cout << e.D::_a << " " << e.B::_a << endl;
	return 0;
}

执行结果

我们发现，只有E会产生二义性，而BC和D分别对应的A是唯一的，由于E同时继承了BCD，我们只需要在BCD中访问_a就可以避免歧义，即确定类域。

（4）数据冗余和虚拟继承

二义性解决了，但数据冗余仍然存在。事实上，我们发现当B和D出现的时候，数据冗余就已经无法避免了

所以源头是在B和D身上，我们是否可以使用一种办法，让B和D中的A实际上只有一份呢，这就要使用到virtual，即虚拟继承。

我们先看看在刚才代码的基础上给B和D使用虚拟继承后会发生什么？

#include <iostream>
using namespace std;

class A
{
public: 
	int _a;
};

class B : virtual public A
{};

class C : public B
{};

class D : virtual public A
{};

class E : public C, public D
{};

int main()
{
	E e;
	e.D::_a = 1, e.C::_a = 2;
	cout << e.D::_a << " " << e.B::_a << endl;
	return 0;
}

结果是

可以看到，当使用虚拟继承后，BD共享一个A，即整个继承体系中只有一份A，这就避免了数据冗余的情况。

在实际情况中，我们应当慎重使用多继承，一定要提防菱形继承，尽量不要使用，就算我们有菱形虚拟继承来解决这个问题。在很多语言中都没有多继承这个概念了，就是因为菱形继承带来的很多冗杂的语法处理和理解难度。

4.继承与组合

（1）继承和组合的区分和选择问题

继承上面已经讲了很多，不再重复。组合就是在一个类里使用另一个类作为它的成员变量，这种写法之前我们见过很多次了，在很多语法讲解上都使用了组合。我们现在需要思考：组合和继承的区别是什么？在两者之间怎样选择？

组合和继承的本质都是复用。继承语法中父子的关系通常是：子是父，子是父属性的一种延伸；

而组合通常是：A的组成中含有B，A的组成中含有C。继承是is关系，组合是has关系。

在选择过程中，如果两者表现出强is关系，那就使用继承，如植物和水果，动物与人。如果表现出强has关系，就使用组合，如汽车和汽油，自行车和轮胎。如果呈现两者均可的关系（如stack含有vector，stack就是vector），那么就优先使用组合。

（2）黑箱复用和白箱复用

继承作为面向对象编程三大特性之一，为什么反而推荐优先使用组合呢？这需要涉及黑箱白箱（黑盒白盒）的概念。

继承本质上是一种白箱复用，而组合是黑箱复用。

黑箱是不可见的，就像当我们使用组合时，被使用的类的细节我们是不知道的，但我们会用，如STL很少有人能讲清楚里面的细节。当使用黑箱复用时，我们关注的是这个类的功能，有什么接口，这是非常容易学习的。不仅如此，黑箱复用还将封装的特性完美展示了出来，我们只能调用该类向外展示的函数接口，其余细节完全不知道，因此如果这个类出现了毛病，有人去维护，它们只需要修bug就行了，只需要保证对外提供的接口是安全的，功能是正常的就可以了。

白箱复用是可见的，就像当我们使用继承时，父类除private以外其余的成员我们都可以直接调用。我们书写的代码是嵌在父类上的，这种模式下封装的特性就明显被弱化了。父类中的protected成员对外不开放但对子开放，就会导致当父类出现毛病时，有人去修改时，如果动了protected成员函数，那么子类的代码会立马失效，而一般来讲，protected成员更倾向于类功能的底层，函数更多，父类的书写者不可能去考虑子类调用的情况来适配，这对于书写子类功能的人来说无疑是一场灾难。这也是高内聚（函数功能集中），低耦合（类与类之间的关系不紧密）的反面教材。

白盒测试和黑盒测试也遵循上面的规则。黑盒测试注重对功能，接口的测试；而白盒测试注重于观察底层代码细节，从源码入手测试。白盒测试相比较黑盒测试更轻松。

综上，我们可以充分理解为什么推荐组合而不是继承。总的来说继承是以牺牲一定封装特性换来的，而随着我们深入学习，我们会意识到，封装才是编程思想的老大，任何破坏封装特性的行为都要深思熟虑。当然，如果确实存在强is关系时，继承依然可靠。