C++继承详解
文章目录
- 前言
- 一、继承的概念和定义
-
- 1.继承的概念
- 2.继承的定义
- 二、继承方式和访问限定符
- 三、基类和派生类对象赋值转换
- 四、继承中的作用域
- 五、派生类的默认成员函数规则
- 六、菱形继承
- 七、继承小总结
前言
在现实生活中我们会遇到不同身份的人具有相同属性，比如说在一个学校的管理系统中，我们有教师身份、学生身份等等，他们各自都有如下的属性：
我们可以发现，教师和学生除了入职年限和入学年限这一属性不同，其他的姓名、年龄、性别属性是相同的，于是我们可以把不同身份的相同属性提取出来，成为一个公共的属性。在C++中引入了继承的概念，将不同类的相同属性提取出来成为一个独立的公共类，其他类只需要继承这个公共类就可以使用共同的属性。
一、继承的概念和定义
1.继承的概念
继承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，这样产生的新类，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。与函数的复用不同的是，继承是类设计层次的复用。
以上述教师与学生的为例，二者都具有相同的属性是姓名、年龄、性别，我们可以定义一个新的类比如叫Person，在这个类里声明姓名、年龄、性别，那么教师和学生的类只需要继承了Person类，就可以用Person里声明的姓名、年龄、性别了。
2.继承的定义
继承的定义格式如下图所示：
Person是父类，也称作基类。Student是子类，也称作派生类。public是继承方式（后面会介绍继承方式）
class Person
{
public:
string _name;
int _age;
string _sex;
};
class Teacher :public Person
{
public:
//可以在派生类中访问基类成员
void print()
{
cout << _name << endl;
cout << _age << endl;
cout << _sex << endl;
cout << _workTime << endl;
}
int _workTime;
};
class Student :public Person
{
public:
//可以在派生类中访问基类成员
void print()
{
cout << _name << endl;
cout << _age << endl;
cout << _sex << endl;
cout << _studyTime << endl;
}
int _studyTime;
};
二、继承方式和访问限定符
我们知道类中的访问限定符有public访问、protected访问、private访问。继承方式的这三种继承为：public继承、protected继承、private继承
继承基类成员的访问方式有如下规则：
| 类成员/继承方式 | public继承 | protected继承 | private继承 |
|---|---|---|---|
| 基类的public成员 | 派生类的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 |
针对以上规则，我们总结出以下的几点规律：
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。（
注意：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.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。
3.上述表格实质有个规律：基类的私有成员在派生类中都是不可见的，基类的其他成员在派生类中的访问方式为Min（成员在基类的访问限定符，继承方式）（这里的大小关系为public > protected > private）
在实际运用中一般使用的都是public继承，几乎很少使用protected/private继承，也不提倡使用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，实际中扩展维护性不强。
三、基类和派生类对象赋值转换
- 派生类对象可以赋值给 基类对象 / 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，意思是把派生类中父类的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的对象时才是安全的。
#include 上述代码运行结果：
四、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
- 派生类和基类中有同名成员，派生类将屏蔽基类的同名成员，而直接访问自身的成员，这种情况叫隐藏，也叫重定义。（在派生类成员函数中，可以使用 基类::基类成员 的格式显示访问）
- 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了隐藏
- 注意在实际应用中继承体系里面最好不要定义同名的成员
class Person
{
public:
string _name;
int _age;
string _sex;
};
class Teacher :public Person
{
public:
void print()
{
//调用的是Teacher类里的_age
cout << _age << endl;
//调用的是Person类里的_age
cout << Person::_age << endl;
}
int _age;
int _workTime;
};
五、派生类的默认成员函数规则
- 派生类对象初始化先调用基类构造函数，完成派生类中继承到的基类成员的初始化，再调用派生类的构造函数，完成派生类独自成员的初始化
- 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式调用
class Person
{
public:
//Person类没有默认的构造函数
Person(char* name)
:_name(name)
{}
protected:
string _name;
};
class Teacher :public Person
{
public:
//显式调用基类的构造函数
Teacher(char* name,int workTime)
:Person(name)
,_workTime(workTime)
{}
protected:
int _workTime;
};
- 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
class Person
{
public:
Person(const char* name="")
:_name(name)
{}
Person(const Person& p)
:_name(p._name)
{}
protected:
string _name;
};
class Teacher :public Person
{
public:
//显式调用基类的构造函数
Teacher(const char* name,int workTime)
:Person(name)
,_workTime(workTime)
{}
//派生类的拷贝构造函数没有调用基类的拷贝构造函数
Teacher(const Teacher& t)
:_workTime(t._workTime)
{}
protected:
int _workTime;
};
int main()
{
Teacher t1("Jiajia",10);
Teacher t2(t1);
return 0;
}
上述代码中派生类的拷贝构造函数没有调用基类的拷贝构造函数，我们运行调试发现结果是，派生类的独自部分成员完成了拷贝构造，而基类那部分的成员没有完成拷贝构造，只完成了构造函数
class Person
{
public:
Person(const char* name="")
:_name(name)
{}
Person(const Person& p)
:_name(p._name)
{}
protected:
string _name;
};
class Teacher :public Person
{
public:
//显式调用基类的构造函数
Teacher(const char* name,int workTime)
:Person(name)
,_workTime(workTime)
{}
//派生类拷贝构造函数调用基类的拷贝构造函数
Teacher(const Teacher& t)
:_workTime(t._workTime)
,Person(t)
{}
//注意：这里初始化列表Person的顺序在_workTime后面
//但实际初始化时，会先调用基类拷贝构造函数，再对_workTime进行初始化
//这里可以理解为初始化顺序与初始化列表的顺序无关
//而只与类成员声明顺序有关，默认的是基类成员声明在派生类成员前面
protected:
int _workTime;
};
int main()
{
Teacher t1("Jiajia",10);
Teacher t2(t1);
return 0;
}
因此派生类的拷贝构造函数必须调用基类的拷贝构造才能完成基类那部分成员的拷贝初始化
- 派生类的operator=必须要调用基类的operator=完成基类的复制
class Person
{
public:
Person(const char* name="")
:_name(name)
{}
Person(const Person& p)
:_name(p._name)
{}
Person& operator=(const Person& p)
{
if (this != &p)
{
_name = p._name;
}
return *this;
}
protected:
string _name;
};
class Teacher :public Person
{
public:
//显式调用基类的构造函数
Teacher(const char* name,int workTime)
:Person(name)
,_workTime(workTime)
{}
//派生类拷贝构造函数调用基类的拷贝构造函数
Teacher(const Teacher& t)
:_workTime(t._workTime)
,Person(t)
{}
Teacher& operator=(const Teacher& t)
{
if (this != &t)
{
//派生类赋值运算符重载调用基类赋值运算符重载
Person::operator=(t);
_workTime = t._workTime;
}
return *this;
}
protected:
int _workTime;
};
- 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）
六、菱形继承
继承分为单继承、多继承和菱形继承
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
菱形继承存在的问题： 通过下面的对象成员模型构造我们可以看出，在Assistant的对象中Person成员会有两份。这是菱形继承存在的数据冗余和二义性问题。
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
};
int mian ()
{
// 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";
}
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Student和Teacher继承Person时使用虚拟继承，即可解决问题。
注意：虚拟继承不要在其他地方去使用
class Person
{
public :
string _name ; // 姓名
};
//虚拟继承
class Student : virtual public Person
{
protected :
int _num ; //学号
};
//虚拟继承
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
};
int mian ()
{
Assistant a ;
a._name = "peter";
}
七、继承小总结
- 继承与友元：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
- 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
- 之所以说C++相对比较复杂，其实多继承就是一个体现。因为有了多继承，就存在菱形继承，有了菱形继承就有菱形虚拟继承，底层实现就很复杂。所以一般不建议设计出多继承，一定不要设计出菱形继承，否则在复杂度及性能上都有问题