深入解析C++继承机制：从基础到高级特性

深入解析C++继承机制：从基础到高级特性

在C++编程中，继承是一种强大的机制，它允许我们通过创建新的类（派生类）来扩展已有的类（基类）的功能。本文将通过一系列示例代码，深入解析C++继承的多种特性，包括单继承、多继承、继承方式（public、protected、private）、构造与析构、同名成员处理、静态成员继承、菱形继承问题以及虚继承的解决方案。

一、单继承：扩展基类功能

单继承是C++中最基本的继承形式，派生类继承基类的成员，并可以添加新的成员或覆盖基类的成员。

示例代码解析

在继承.cpp文件中，test1_1函数展示了单继承的典型用法。baseclass1是一个基类，定义了网站页面的通用部分（如头部、左侧边栏和底部）。派生类sonclass11、sonclass12和sonclass13分别表示不同的子页面，它们继承了基类的通用部分，并添加了各自的内容。

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sonclass11 java;
java.header();
java.left();
java.footer();
java.content();

运行结果：

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网站固定首页
网站固定左侧边栏
网站固定底页
子页1内容

关键点：

• 派生类继承了基类的公共成员（header、footer、left）。

• 派生类可以添加自己的成员（如content）。

二、继承方式：public、protected、private

C++提供了三种继承方式：public、protected和private，它们决定了基类成员在派生类中的访问权限。

示例代码解析

在继承.cpp文件中，test1_2函数展示了三种继承方式的差异。

公共继承（public）

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class sonclass21 : public baseclass2
{
public:
	void func()
	{
		m_a = 1; // 可访问
		m_b = 2; // 可访问
		// m_c = 3; // 不可访问，基类私有成员
	}
};

• 基类的public和protected成员在派生类中保持原有访问权限。

• 基类的private成员在派生类中不可访问。

保护继承（protected）

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class sonclass22 : protected baseclass2
{
public:
	void func()
	{
		m_a = 1; // 可访问
		m_b = 2; // 可访问
		// m_c = 3; // 不可访问，基类私有成员
	}
};

• 基类的public和protected成员在派生类中变为protected。

• 基类的private成员在派生类中不可访问。

私有继承（private）

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class sonclass23 : private baseclass2
{
public:
	void func()
	{
		m_a = 1; // 可访问
		m_b = 2; // 可访问
		// m_c = 3; // 不可访问，基类私有成员
	}
};

• 基类的public和protected成员在派生类中变为private。

• 基类的private成员在派生类中不可访问。

关键点：

• 不同的继承方式会影响基类成员在派生类中的访问权限。

• 私有继承通常用于实现细节的封装，而不是扩展功能。

三、构造与析构：继承中的构造顺序

在继承中，构造函数的调用顺序是：基类构造函数 → 派生类构造函数。析构函数的调用顺序是：派生类析构函数 → 基类析构函数。

示例代码解析

在继承.cpp文件中，test1_4函数展示了继承中的构造和析构顺序。

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class baseclass4
{
public:
	baseclass4()
	{
		cout << "构造base" << endl;
	}
	~baseclass4()
	{
		cout << "析造base" << endl;
	}
};

class sonclass4 : public baseclass4
{
public:
	sonclass4()
	{
		cout << "构造son" << endl;
	}
	~sonclass4()
	{
		cout << "析造son" << endl;
	}
};

运行结果：

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构造base
构造son
子类继承父类，构造父类，构造子类，析构子类，析构父类
析造son
析造base

关键点：

• 构造函数的调用顺序是：基类 → 派生类。

• 析构函数的调用顺序是：派生类 → 基类。

四、同名成员处理：隐藏与覆盖

在继承中，如果派生类和基类有同名成员，派生类的成员会隐藏基类的成员。如果需要访问基类的同名成员，可以通过作用域解析运算符::来实现。

示例代码解析

在继承.cpp文件中，test1_5函数展示了同名成员的处理方式。

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class baseclass5
{
public:
	int m_a = 0;
	void func() const
	{
		cout << "base func()" << endl;
	}
	void func(int a) const
	{
		cout << "base func(int a)" << endl;
	}
};

class sonclass5 : public baseclass5
{
public:
	int m_a = 1;
	void func() const
	{
		cout << "son func()" << endl;
	}
};

运行结果：

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1
0
son func()
base func()
base func(int a)

关键点：

• 派生类的成员会隐藏基类的同名成员。

• 可以通过基类名::成员名来访问基类的同名成员。

五、静态成员继承：静态成员的特殊性

静态成员属于类，而不是类的对象。在继承中，静态成员的行为与其他成员略有不同。

示例代码解析

在继承.cpp文件中，test1_6函数展示了静态成员的继承特性。

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class baseclass6
{
public:
	static int m_a;
	static void func()
	{
		m_a = 10;
		cout << m_a << endl;
	}
};
int baseclass6::m_a = 1;

class sonclass6 : public baseclass6
{
public:
	static int m_a;
	static void func()
	{
		m_a = 100;
		cout << m_a << endl;
	}
};
int sonclass6::m_a = 2;

运行结果：

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2
1
1
1
100
10

关键点：

• 静态成员可以通过类名直接访问。

• 派生类可以继承基类的静态成员，但可以通过覆盖来定义自己的静态成员。

六、多继承：复杂的继承关系

C++支持多继承，即一个类可以继承多个基类。然而，多继承可能会导致一些问题，如菱形继承问题。

示例代码解析

在继承.cpp文件中，test1_7函数展示了多继承的用法。

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class baseclass7_1
{
public:
	int m_a = 1;
};

class baseclass7_2
{
public:
	int m_a = 2;
	int m_b = 3;
};

class sonclass7 : public baseclass7_1, public baseclass7_2
{
public:
	int m_b = 4;
	int m_c = 5;
};

运行结果：

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1
2
3
4
5
建议不使用多继承，同名时比较混乱

关键点：

• 多继承可能导致同名成员的冲突。

• 建议尽量避免使用多继承，以减少复杂性和潜在的错误。

七、菱形继承问题及其解决方案：虚继承

菱形继承是多继承中常见的问题，它会导致派生类继承多份基类的相同数据。为了解决这个问题，C++引入了虚继承。

示例代码解析

在菱形继承.cpp文件中，test1_8函数展示了虚继承的用法。

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class animal
{
public:
	int m_age = 0;
};

class sheep : virtual public animal
{
public:
	string m_color = "black";
};

class tuo : virtual public animal
{
public:
	string m_sex = "man";
};

class sheeptuo : public sheep, public tuo
{
public:
	int height = 0;
};

运行结果：

60 10 blue none

关键点