c++学习笔记-----继承与多态

目录

 

一、继承

（一）概念

（二）父类在子类中的访问方式

（三）基类和派生类对象赋值转换

（四）继承中的作用域（也是一个C++缺陷）

（五）派生类的默认成员函数

（六）继承与静态成员

（七）菱形继承

1.概念

2.菱形虚拟继承内存中体现

二、多态

（一）概念

（二）多态的条件及虚函数的重写（指向谁调用谁的虚函数）

（三）C++11 override 和 final

（四）重载、覆盖(重写)、隐藏(重定义)的对比

（五）抽象类

1.概念

2.接口继承和实现继承

（六）多态的原理

1.虚函数表

2.虚函数表指针（简称虚表指针）

3.什么是多态？

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一、继承

• 面向对象三大特性：（严格来说不止三种）最重要三种封装、继承、多态，        其他：抽象、反射（Java）。
• 封装本质是一种更好的管理，相比c语言面向过程，数据和方法都放到类中进行管理，在通过访问限定符进行限制。
• 相对C语言面向过程，数据和方法都放到类中进行管理，再通过访问限定符进行限制。

（一）概念

继承是为了从类设计的角度避免重复定义数据和方法，进行类角度的复用。

（二）父类在子类中的访问方式

1. 在子类的访问方式=权限min(基类的访问方式，继承方式）public>protected>private
2. 基类的private成员，在子类中都不可见。本质意义是说，我想在子类中用父类变量就不能用，但是通过父类函数调用父类私有参数就可以用。常考考点！！！
3. 语法层面不能对变量改，可以取地址，强转int*就可以改。
4. 继承的protected变量可以在类里用，不能在类外用。
5. 想让子类用就定义公有或者保护，不想让子类用就定义保护，保护和公有区别就是保护不能在类外用，公有可以在类外用。
6. 想复用就定义公有，想在类内随便用就定义保护。
7. 最常用的是两种，公有继承父类的公有和保护成员。保护继承和私有继承最不常用。
8. class默认继承方式是私有，struct默认继承方式是公有。

（三）基类和派生类对象赋值转换

int main()
{
  Person=p;
  Student=s;
  p=s;   //子类对象赋值给父类对象，切割切片。
  return 0；
}

1. p基类   s子类   p=s   子对象赋值给父类对象 ，存在切割、切片。
2. 引用和指针都是一样   切割切片。

3. 父类的指针或者引用是可以转回子类类型指针或者引用，但是子类无法转回父类，不安全存在风险。

4. 指针的意义就是看能否看到几个字节空间，比如int*只能看到4个字节空间，char*只能看到一个字节空间。基类指针指向父类相当于看到的空间多了，但是能正常访问，子类指针转回父类，相当于多看到空间了，存在越界。

5. 所有讲的赋值继承都只存在与公有继承，比如父类原本是公有，通过保护继承子类变成保护继承，如果在赋值后，父类成员是公有的，子类成员是私有的，就矛盾了。私有和保护继承是不存在的。所以实际中很少使用私有和保护继承。

（四）继承中的作用域（也是一个C++缺陷）

1. 在继承体系中基类和派生类都有独立的作用域。
2. 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。
3. 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. 重载（函数重载，函数名必须在同一作用域）     重写（覆盖）     重定义（隐藏，函数名相同是在不同作用域将会构成隐藏）。
5. 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。

（五）派生类的默认成员函数

1. 默认写构造用全缺省
2. const成员必须在初始化列表初始化。
3. 父类部分的成员要使用父类的构造函数去初始化，不能自己显示的去初始化。

4. 析构函数，基类调用复用父类的析构函数，加上父类名，就可以使用。但是最后析构调用了两次。

5. 友元关系不能继承，要访问，定义成子类的友元。

6. 成员变量的构造跟声明的顺序有关系。相当于入栈析构相当于出栈。语法上有两个迷惑点：

• 一是子类的析构函数和父类的析构函数构成隐藏->由于多态重写的需要。所有类的析构函数名字会被编译器统一处理成destructor。

• 二是如果自己显示调用容易存在父类先析构，不符合规则。规则应该是子类后入栈，最先析构，最后父类析构。

（六）继承与静态成员

多个继承计算派生出多个子类，定义一个全局变量放到构造函数里让++，但是一般体现封装性，应该定义为静态变量，这样保证子类中看到的是同一个成员，让其++可计算出派生了多少个子类。前提是公有继承，如果是保护继承，定义一个成员函数访问。

（七）菱形继承

1.概念

• 菱形继承是多继承的一种特殊情况。

 

• 只有一个直接父类的叫单继承，有两个或以上直接父类的继承关系为多继承。

• 菱形继承有数据冗余和数据二义性。

• 虚继承和虚函数用的同一个关键字，但是二者没有关系。

• 虚继承是为了解决数据冗余和二义性的。
• 在父亲和爷爷之间的父亲这一层加上关键字virtual。

2.菱形虚拟继承内存中体现

1. 对象模型：对象在内存中是如何存储的模型。----------《深度探索c++对象模型》不推荐     《effctive C++》 推荐 《STL源码剖析》推荐
2. 菱形虚拟继承：只有一份公共虚基类成员，解决了数据冗余和二义性。多了两份内存是两个虚基表指针,指向两个虚基表。
3. 虚基表：存储的是当前位置距离虚基表类对象的偏移量。当要发生切片时，可以通过虚基表内的偏移量在后面的位置找到爷爷，把虚基类放到了对象的最后位置，爷爷既属于父亲也属于孙子。
4. 公有继承是一个is a和组合是一个has a   
5. 都是类设计角度的复用，公有继承是一种白箱复用（公开透明），组合是一种黑箱复用（隐藏的，不透明），要修改可以用友元，友元能少用就少用，破坏封装。
6. 白盒要求更高，黑盒测试高级。

• 什么时候用继承？什么时候用组合？他们谁更好？

软件工程里面认为组合好，能用组合就用组合，组合更符合高内聚（一个功能写一个类不要多个功能写一个类），低耦合。实际中更符合is a（狗是一个动物）关系用继承，更符合has a（车有一个轮胎）关系用组合，都符合，用组合。

二、多态

（一）概念

• 完成某个行为不同的人干同一件事，不同的人（对象）会产生不同的状态。

• 举个例子:比如买票这个行为，当普通人买票时，是全价买票;学生买票时，是半价买票;军人买票时是优先买票。

（二）多态的条件及虚函数的重写（指向谁调用谁的虚函数）

• 1.继承类中，虚函数的重写。派生类中有一个跟基类完全相同的虚函数(即派生类虚函数与基类虚函数的返回值类型、函数名字、参数列表完全相同)，称子类的虚函数重写了基类的虚函数。
• 2.A->B->C想在A  B间实现多态，用A的指针，想在B  C间实现多态，用B的指针。
• 3.基类指针或者引用去调用这个虚函数。
• 4.重写的条件：
•        父子类中的函数都是虚函数。   
•        函数名、参数、返回值都相同。

class Person
{
public:
	virtual void  BuyTicket()
	{
		cout << "正常排队-全价格买票" << endl;
	}
};

class Student : public Person
{
public:
	// 重写
	 virtual void BuyTicket()
	{
		cout << "正常排队-半价格买票" << endl;
	}
};

 

• 5.重写的两个例外：

• 协变要求返回值之间必须是有父子关系的指针。就叫做重写的协变。

• 子类中重写虚函数可以不加virtual，但是基类析构函数必须加virtual。

• 6.各种开后门特例，本质都是为了析构函数构成重写，因为如果不构成重写，特殊情况下，可能会存在内存泄漏。面试题：析构函数最好定义成虚函数，这样就可以构成重写，
• 7.不满足多态跟类型有关，也就是说，P是什么类型，就调的是这个类型的函数。满足多态，跟对象有关，也就是指向哪个对象，调用的就是哪个的函数。
• 8.不满足重写就是隐藏。

（三）C++11 override 和 final

• final修饰一个虚函数，表示该函数无法被继承，final修饰一个类，叫最终类，无法被人继承。

class Car
{
public:
virtual void Drive() final {}
};
class Benz :public Car
{
public:
virtual void Drive() {cout << "Benz-舒适" << endl;}
}；

• override: 检查派生类虚函数是否重写了基类某个虚函数，如果没有重写编译报错。

class Car{
public:
virtual void Drive(){}
};
class Benz :public Car {
public:
virtual void Drive() override {cout << "Benz-舒适" << endl;}
};

（四）重载、覆盖(重写)、隐藏(重定义)的对比

（五）抽象类

1.概念

• 纯虚函数，只需要声明，不需要实现，包含纯虚函数的叫做抽象类，不能实例化对象。植物可以定义为抽象类。
• 隐藏技能：强制子类去重写

class Car
{
public:
virtual void Drive() = 0;
};

2.接口继承和实现继承

• 普通函数的继承是一种实现继承，派生类继承了基类函数，可以使用函数，继承的是函数的实现。虚函数的继承是一种接口继承，派生类继承的是基类虚函数的接口，目的是为了重写，达成多态，继承的是接口。所以如果不实现多态，不要把函数定义成虚函数。
• 接口实际上是可以给你用的函数，普通函数的继承是一种实现继承。

（六）多态的原理

1.虚函数表

// sizeof(Base)是多少？
class Base
{
public:
virtual void Func1()
{
cout << "Func1()" << endl;
}
private:
int _b = 1;
};

• 通过观察测试我们发现b对象是8bytes，除了_b成员，还多一个__vfptr放在对象的前面(注意有些平台可能会放到对象的最后面，这个跟平台有关)，对象中的这个指针我们叫做虚函数表指针(v代表virtual，f代表function)。一个含有虚函数的类中都至少都有一个虚函数表指针，因为虚函数的地址要被放到虚函数表中，虚函数表也简称虚表。
• 虚函数存在哪里的？从运行进程来说，无论是虚函数还是普通函数都是存在代码段的。未运行的函数是存在硬盘的。

2.虚函数表指针（简称虚表指针）

• 虚函数表指针本质是一个指针数组（虚函数表指针）定义两个同类不同的对象时，，两个对象的虚表是同一个，虚表是存在（代码段）常量区，虚表是在编译时生成的。
• 继承的目的是复用，两个类是独立的。不是共用。
• 编译时是静态绑定，运行时是动态绑定。

3.什么是多态？

• 静态多态->函数重载    int i=1；  double d=2.22； cout<
• 运行时动态的多态->虚函数重写以后，父类指针或引用调用重写虚函数，指向谁调用的就是谁的虚函数，
• 使代码用起来更灵活更好用。