c++ 继承

1.继承的概念及定义

1.1继承的概念

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，继承是类设计层次的复用。
eg:学生是属于人，可以继承人的一些属性和方法，同时还有自己的私有属性。

class Person //基类
{
     
public:
	Person(string name, int age) :m_age(age),m_name(name)
	{
     }
	void Print()
	{
     cout << m_name << " : " << m_age << endl;}
public:
	string m_name ;
	int    m_age ;
};
//继承
class Student : public Person     //Student为派生类
{
     
public:
	Student(string name, int age,int scores=0):Person(name, age), math_scores(scores)
	{
     }
private:
	int math_scores;  
};
void main()
{
     
	Student s("张三疯", 20);
	s.Print();
}

1.2 继承定义

继承方式：public/private/protected继承

先说一下public/private/protected这三个的限定符的含义和区别：
public，private，protected的区别，继承方法与访问权限
1、public：public表明该数据成员、成员函数是对所有用户开放的，所有用户都可以直接进行调用
2、private：private表示私有，私有的意思就是除了class自己之外，任何人都不可以直接使用，即便是子女，朋友，都不可以使用。
3、protected：protected对于子女、朋友来说，就是public的，可以自由使用，没有任何限制，而对于其他的外部class，protected就变成private。

继承基类成员访问方式的变化如下表;

总结：

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。
5. 在实际运用中一般使用都是public继承，几乎很少使用protetced/private继承，也不提倡使用protetced/private继承，因为protetced/private继承下来的成员都只能在派生类的类里面使用，实际中扩展维护性不强

2.基类和派生类对象赋值转换

1. 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。

2. 基类对象不能赋值给派生类对象。（派生类比基类多了一些成员变量，不能无中生有）
3. 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。

3.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. 需要注意的是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.

4.派生类的默认成员函数

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 A
{
     
public:
	A() {
      cout << "A::A()" << endl; }
	~A() {
      cout << "A::~A()" << endl; }
	int a;
};

class B : public A
{
     
public:
	B() {
      cout << "B::B()" << endl; }
	~B() {
      cout << "B::~B()" << endl; }
	int b;
};

void main()
{
     
	B b;
}

5.继承与友元

友元关系不能继承（友元函数没有传递性），也就是说基类友元不能访问子类私有和保护成员。

6.继承与静态成员

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 。

7.复杂的菱形继承及菱形虚拟继承

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
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：菱形继承是多继承的一种特殊情况

由于Teacher 和 Student分别继承了Person，Person里的成员在Teacher 和 Student各有一份拷贝，当Assistant继承了Teacher 和 Student之后，就相当将Person的成员拷贝了两份，这会造成数据冗余和调用时的二义性问题。

class Person
{
     
public :
	string _name ; // 姓名
};
class Student : public Person
{
     
protected :
	int _num ; //学号
};
class Teacher : public Person
{
     
protected :
	int _id ; // 职工编号
};
class Assistant : public Student, public Teacher
{
     
protected :
	string _majorCourse ; // 主修课程
};
void Test ()
{
     
	// 这样会有二义性无法明确知道访问的是哪一个
	Assistant a ;
	a._name = "peter";
	// 需要显示指定访问哪个父类的成员可以解决二义性问题，但是数据冗余问题无法解决
	a.Student::_name = "xxx";
	a.Teacher::_name = "yyy";
}

对于二义性问题在使用时可以加上作用域限定来解决，但是还是会有数据冗余，怎么解决？
虚拟继承：（加关键字virtual，eg:virtual public Person）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Student和Teacher的继承Person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。

class Person
{
     
public :
	string _name ; // 姓名
};
class Student : virtual public Person
{
     
protected :
	int _num ; //学号
};
class Teacher : virtual public Person
{
     
protected :
	int _id ; // 职工编号
};
class Assistant : public Student, public Teacher
{
     
protected :
	string _majorCourse ; // 主修课程
};
void Test ()
{
     
	Assistant a ;
	a._name = "peter";
}

设置虚继承之后，通过当前类中的虚基表里面存放的偏移地址来找到继承于Person的成员，而不是直接将Person的成员拷贝过来，这样就解决数据冗余的问题。
一般不要设计出菱形继承，否则在复杂度及性能上都有问题

8.继承和组合

1. 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。
2. 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。
3. 优先使用对象组合，而不是类继承 。
4. 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-box reuse)。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。
5. 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-box reuse)，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。
6. 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。