C++继承

C++继承

继承概念

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，而继承是类设计层次的复用。

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

class Student : public Person{
protected:
	int id;
};

继承定义

下图中Student叫做子类也叫做派生类，Person叫做父类也叫做基类。

继承关系和访问限定符

继承父类后访问方式的变化

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。

基类和子类之间的赋值转换

• 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
• 基类的指针可以通过强制类型转换赋值给派生类的指针。但是必须是基类的指针是指向派生类对象时才是安全的。
  
  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. 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。

派生类的六个默认成员函数

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。

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
{
public :
 Student(const char* name, int num)
 : Person(name )
 , _num(num )
 {
 cout<<"Student()" <<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
};
void Test ()
{
 Student s1 ("jack", 18);
 Student s2 (s1);
 Student s3 ("rose", 17);
 s1 = s3 ;
}

继承与友元和静态成员

• 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
• 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 。

菱形继承

在C++中继承有两种方式，一种是单继承，一种是多继承。

单继承：一个子类只有一个直接的父类

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

菱形继承是多继承中的一种特殊情况。

菱形继承的问题就在于存在数据冗余及二义性，如上图所示，在D类中，A的成员有两份。

怎么解决菱形继承的问题

虚拟继承可以解决菱形继承的二义性和数据冗余的问题。如上面的继承关系，在B和C继承A时使用虚拟继承，即可解决问题。需要注意的是，虚拟继承不要在其他地方去使用。

虚继承的原理

类B和类C通过虚继承的方式派生自类A，这两个对象的内存布局中，编译器在对象中添加了一个vbptr(virtual base pointer)指针，vbptr指向了一张表，这张表保存了当前的虚指针相对于虚基类的首地址的偏移量。类D派生与类B和类C，继承了两个基类的vbptr指针，并调整了vbptr与虚基类的首地址的偏移量,使得这种菱形问题在继承时只继承一份数据，并且解决了二义性的问题。当使用虚继承时，虚基类是被共享的，也就是在继承体系中无论被继承多少次，对象内存模型中都只会出现一个虚基类的子对象。

继承与组合

• 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-boxreuse)。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-boxreuse)，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。