C++继承中的详解，虚基表的理解

最新推荐文章于 2025-03-02 00:53:56 发布

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分类专栏： C/C++学习文章标签： c++ 编程语言

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1.继承概念

继承机制是面向对象程序设计使代码可以复用的最重要手段，可以在保存原有类特性的基础上进行扩展，增加功能，这样产生的新的类，称为派生类。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，继承是类设计层次的复用。

简单的继承举例：

class Person
{
public:
	void Print()
	{
		cout << _name << " " << _age << endl;
	}
private:
	string _name = "wwei";
	int _age = 18;
};

class Student : public Person
{
private:
	string _name = "lxin";
	int _age = 18;
};

student派生类继承了父类person，那么在派生类中，父类中的成员变量 + 成员函数都会变成派生类的一部分。student派生类就复用了了父类person中的代码。

查看监视窗口：

在这里插入图片描述

1.1继承关系

继承关系：

在这里插入图片描述

访问权限：

类成员/继承方式	public继承	protected继承	private继承
基类public成员	派生类public成员	派生类的protected成员	派生类的private成员
基类的protected成员	派生类的protected成员	派生类的protected成员	派生类的private成员
基类的private成员	在派生类中不可见	在派生类中不可见	在派生类中不可见

注意：

在派生类中不可见，指基类的私有成员仍然被继承到了派生类对象中，但是语法上限制派生类对象无论在类外类里都不能去访问它；
如果基类成员不想被类外直接访问，但是需要派生类能访问，则就定义为protected；
使用class默认的继承方式为private，使用struct时默认的继承方式是public，建议最好显式给出继承方式；
在实际运用中一般使用都是public继承，几乎很少使用protected/private继承，因为protected/private继承下来的成员都只能在派生类的类里面使用，实际中代码扩展维护性不强。

2.基类和派生类对象赋值转换

赋值兼容规则的前提：子类必须public继承基类。

public继承方式：子类和基类之间的关系为is-a关系。可以将子类对象看成是一个基类对象，在类外使用基类对象的位置都可以使用子类对象来代替。

对象模型：对象在内存中的布局形式。

查看监视窗口：

子类的对象模型为父类的对象模型后的新增：

在这里插入图片描述
即：分别的对象模型为

注意：

可以让子类对象直接赋值给基类对象，反之则不行；
可以让基类的指针指向子类对象
不能使用子类指针或者引用指向基类对象；但是可以强转，强转之后编译可通过，但若使用子类的成员变量或函数就会崩溃。

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。这个操作就像是切片，将派生类中父类那部分切来赋值过去。

3.继承中的作用域

在继承体系中基类和派生类都有独立的作用域；
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，这种情况叫做隐藏也叫做重定义；
成员函数：与函数原型是否相同没有关系，只要成员函数名字相同；
成员变量：与成员变量类型是否相同没有关系，只要成员变量名字相同；
在继承体系中，最好不要定义同名的成员。

4.派生类的默认成员函数

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中显式调用；
派生类的拷贝构造函数必须调用基类的拷贝构造函数完成基类的拷贝初始化；
派生类的operator=必须要调用基类的operator=完成基类的赋值；
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；
派生类对象初始化先调用基类构造再调派生类构造；
派生类对象析构清理先调用派生类析构再调用基类的析构。

5.继承与友元、静态成员

友元不能被继承，基类友元不能访问子类私有和保护成员。
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。

6.菱形继承

6.1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；
在这里插入图片描述

6.2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；
继承次序影响派生类对象模型，每个基类前都需要添加继承权限，如果没有则为默认继承方式。
在这里插入图片描述

6.3菱形继承

菱形继承是多继承的一种特殊情况，单继承 + 多继承
在这里插入图片描述
分析该菱形继承的对象模型：

从对象模型中可以看出，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。

解决二义性问题：告诉编译器，让访问明确化（加上继承的哪个类，作用域：：）
解决数据冗余：只需让最顶层基类中的成员在目前子类中只存在一份即可。采用虚拟继承

6.4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。切记，虚拟继承不要在其它地方去使用，否则会使分析问题变得复杂。

虚拟继承对象模型会多4个字节
编译器给子类生成了构造函数，如果用户显式定义了构造函数，编译器会对构造函数进行修改，母的是为了给对象前4个字节填充数据；
前4个字节被当成了地址（指向虚基表的指针或者偏移量表格指针）
偏移量表格或者虚拟表，分别存储：子类对象对于自己的偏移量，子类对象起始位置相对于基类部分的偏移量。先存储子类对象，再存储基类部分。子类对象偏移量一般为0。
对象模型是倒立的
子类对象给基类中成员变量赋值方式不同：①从对象前4个字节中取出虚基表的地址，②从虚基表地址往后偏移4个字节的位置取出，子类对象起始位置相对于基类部分的偏移量，③给基类成员进行赋值，将基类对象地址往后偏移减去取到的偏移量字节。

代码示例：

class Person
{
public:
	int _page = 1;
};

class Student : virtual public Person
{
public:
	int _sage = 2;
};

class Teacher : virtual public Person
{
public:
	int _Tage = 3;
};

class Assistant : public Student, public Teacher
{
public:
	int _Aage = 4;
};
int main()
{
	Assistant A;
	return 0;
}

观察其内存为：
在这里插入图片描述

7.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，假如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。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，这种复用被称为黑箱复用，组合类之前没有很强的依赖关系，耦合度低；
实际中，多去用组合，组合的耦合度低，代码维护性好。实现多态时，就需要继承，必须使用继承。