C++学习---类的继承

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1. 继承介绍

上一篇中，已介绍了复合类，复合类只是C++中创建复杂类的主要方法之一。

本篇中，介绍另外一种方法，即类的继承。

与复合类通过结合和连接其他对象进行创建新的对象；继承，通过直接获取其他对象的属性和行为来创建新的对象，同时对其进行扩展和特殊化。

如你继承你父母的基因；技术的更新换代；C++语言继承了C语言的许多特性，同时也增加了自己的特性等等。

父类（基类）-被继承的对象；子类（衍生类）-继承形成的对象。

继承的关系是一种is-a关系，即子类可以当作父类进行处理；

通常，子类继承了父类的所有属性，子类可以定义或重定义继承得来的属性，增加新的属性，甚至隐藏属性。

C++中需要继承的原因：

1）OOP的最基本的特性之一就是代码的重用性；但是已有代码通常不能恰好满足需要，通常的方法是修改已有代码，但是这不是最好的办法。

2）较好的方法之一，是拷贝已有的代码，然后进行修改；但这方法有许多缺点：A)很危险，因为拷贝代码会出现错漏；B)修改已有代码，你必须从根本上去理解已有的代码，如果已有代码很复杂就很困难了；C)修改和修正代码之后，必须维持原有代码的同步，维护量很大。

3）所以，继承在大多数的问题中，是一个有效的方法；继承允许你利用现有的代码，达到自己的要求。

2. C++基本继承

继承在C++中，通常出现在类之间。当一个类继承其他的类，衍生类就会继承父类的变量和函数；这些变量和函数就成为这个类的一部分。

一个Person类：

Person类包含了人的基本信息；

一个BaseballPlayer类：

BaseballPlayer也需要包含姓名、年龄和性别等信息；但刚才已定义了一个Person类，所以BaseballPlayer可以继承Person类：

现在，测试一下衍生类BaseballPlayer:

一个Emploee衍生类：

继承链：

通过继承链，我们可以定义一系列的可重用的代码。

小结：通过继承，我们可以获取父类的信息，而不用去重新定义；当父类发生改变，子类也会相应改变；

3. 衍生类的构造顺序

在上一节中，类可以从其他类中继承变量和函数；这节主要讲衍生类的构造顺序。

下面是2个新类：

Drived类包含了2部分：一部分是基类，一部分是衍生类的。

在实例化中：

Base是非衍生类，只需单单执行自己的默认构造函数；Drived是继承Base的衍生类，实例化的过程中，需执行Base和自己的构造部分；

衍生类在构造过程中，遍历继承树，构造每个继承的部分。

现在，以下演示了衍生类的构造顺序：

打印的结果是：

如以上所示，衍生类构造时，首先是构造基类部分；毕竟没有父类，不存在子类；子类使用父类中的变量和函数，而父类不了解子类，首先构造基类，保证了子类可以使用已初始化的变量。

2）继承链中的构造顺序

打印的结果是：

如上所示，继承链中的构造顺序，是居于最高层的基类首先构造，逐步沿着继承树构造。

4. 衍生类的构造函数和初始化

本章节主要详细讲解衍生类的构造函数和初始化的规则。

在上一节中：

对于Base的实例化，简单就如：

因为Base是非衍生类，只需考虑自己的成员的初始化；

构造的过程是：

A)为cBase分配内存空间；B)合适的Base构造函数调用；C)初始化列表初始化变量；D)执行构造函数；E)返回给调用者。

而对于Drived的实例化，如：

构造过程是：

A)为cDrive分配内存空间，足够承载Base部分和Drived部分；B)合适的Drived构造函数调用；C)Base对象首先构造；

D)初始化列表初始化变量；E)执行构造函数；F)返回给调用者。

衍生类和非衍生类的主要区别就是，衍生类必须首先构造基类对象。

2）初始化基类变量

在刚才的Drived的实例化中，没有提供对基类变量的初始化，如需对m_nValue和m_dValue同时赋值

新手或许会这样：

但是，C++防止了在衍生类的初始化列表中，直接对基类的变量进行初始化。即基类的变量必须在基类的初始化列表中初始化，非继承变量可以在衍生类的初始化列表初始化。

这样做的理由：假如需初始化的变量是常量，常量必须在定义时赋值；如果在构造基类完成后，再在衍生类的初始化列表中初始化，或许出现改变了常量的值。

C++这样做，使所有的变量只执行一次初始化过程。

另一种错误的做法：

在构造函数体中，执行对基类的变量赋值；这样也出现常量或引用的第二次赋值。

C++提供了选择合适的基类构造函数进行对基类的初始化。

正确的做法：

构造上顺序是：

A)cDrive分配内存空间；C)Drived(double,int)构造函数调用，dValue=5.0, nValue=5；D)基类构造函数Base(int)调用，m_nValue=5 ;

E)基类构造函数执行返回；F)衍生类将其m_dValue=5.0 ;G)衍生类构函数执行返回。

现在，再次回顾一下2个类：

使用本章节的方法，BaseballPlayer如下：

测试：

小结：

衍生类的析构函数执行顺序和构造函数执行顺序相反；

通常，基类的首先执行初始化，但也给予我们选择基类的构造函数；

使用基类构造函数执行初始化，提供了代码的可维护性和减少重复性。

5. 继承与访问限制符

在以上的章节中，所涉及的数据成员都是共有的，者章节将讲述继承过程中的访问限制符。

public成员变量可以在任何对象中访问；而private成员变量只能在类的成员函数中访问；即衍生类不可以访问基类的私有成员变量。

如：

在处理继承类时，较为复杂：

1)第三个访问限制符-protected，限制访问成员函数，无论是自己的还是上一级的继承类的。

2）衍生类的访问限制符会根据继承方式的不同而改变；3种继承方式-public、private、protected，即公有/私有/保护继承。

由3种成员访问标志符和3种继承类型，构成了9种组合；

请记住以下3个基本原则：

1)类中，可以访问任何成员，不管其访问标志符；

2)对类成员的公共访问，主要基于类的访问标志符；

3)衍生类对基类成员的访问基于继承的类型，衍生类内可以对其增加的成员可以访问。

公有继承

公有继承是大多时候使用的继承类型；所有基类的成员保持其访问限制;

公有继承规则：

A)衍生类中，不可以直接访问基类的私有成员；

B)衍生类中，可以直接访问基类的保护成员；但不是将其公开化，公有继承类的对象不可以访问保护成员。

概括起来，就是公有继承中，基类的成员访问限制在衍生类中不变。

私有继承

私有继承，所有基类的成员将是作为私有成员；即基类的私有成员依然是私有，而公有和保护成员变成了私有。

私有继承，不影响衍生类对基类成员的访问，只是影响类通过衍生类对基类成员的访问限制。

保护继承

保护继承，几乎不会用到，除非是特殊的情况。

保护继承，基类的私有成员依然是私有，保护成员依然是保护，而公有的成员变成了私有的。

小结：

1）基类保持其成员的访问限制；

2）衍生类保持其对基类成员的访问限制；衍生类的继承方式不会影响该访问；

3）衍生类通过不同的继承类型，可以改变对基类成员的访问限制。

6. 在衍生类中增加、修改和隐藏成员

在以上章节中曾提到，继承的最重要之一是代码的重用；你可以在衍生类中对基类的函数进行修改和隐藏，可以增加自己的函数功能等。

1）增加新的功能

在如下的类中：

在Drived类中增加一个GetValue的函数：

2）重定义功能：

如下：

都输出一样的结果：我是一个Base。

现在，在Derived中修改基类的Identity函数：

再次测试，输出的结果是：

重定义的函数，其返回值、函数名称和返回值都必须和基类的相应的函数一致；但衍生类没有继承基类对应函数的访问限制，即衍生类可以改变重定义函数的访问限制；

3）增加现有的函数：

可以在衍生类的重定义函数中，通过::来调用基类对应的函数。

4）隐藏函数：

如上所示，衍生类可以隐藏或公开基类的某些成员；但是，衍生类不可以将基类的私有成员公有化或保护化

7. 多重继承

目前涉及的继承都是单一继承，C++提供了多重继承的功能。

例如：一个老师是一个人，同时也是一个职工；这样，老师可以同时继承人和职工。

多重继承的基类之间，使用逗号隔开。

多重继承的问题

多重继承增加了程序的复杂程度，增加了维护的困难。

1）歧义性：多重的基类包含相同名称的函数；

但是，可以通过明确的函数调用：

2）钻石问题：

因为Scanner和Printer都继承PowerDevice，Copier协调不了Scanner和Printer的功能。

大多时候，通过显示调用来解决。

通过以上2个问题，多重继承的问题都可以通过单一继承来解决；所以像Java和C#不支持多重继承，因为多重继承增加了代码程序的复杂程度。

其实，在有些情况下，多重继承是很好的解决方法。

8. 虚拟基类

在第7节中，多重继承出现的钻石问题，本章节继续该主题。

在以下：

如果实例化Copier:

因为钻石问题，会出现公有基类的构造2次：

可以通过virtual关键字，实现公有基类的一份拷贝：

当公有的基类只有一个拷贝，由Copier负责公有基类的创建；

再次测试：

需要留意：

1）虚拟基类在非虚拟基类创建之前创建；

2）继承虚拟基类的类依然是调用虚拟基类的构造函数；

3）如果一个类继承了一个或多个继承于虚拟基类的类时，最后衍生的类负责创建虚拟基类。