C++初阶学习————继承
这里写目录标题
- 继承的概念
- 继承的定义
-
- 继承方式（权限）
- 基类和派生类对象赋值转换（只能在公有继承下）
- 继承中的作用域
- 派生类的默认成员函数
- 继承和友元
- 继承与静态成员
- 菱形继承与虚继承
- 继承中的存储
- 继承和组合
继承的概念
继承的作用是使面向对象程序设计的代码可以复用，可以在保持原有类的基础上进行扩展（增加新功能）产生新的类，这样新产生的类也被称为派生类、子类（原有的类就是基类、父类），相比以往函数的复用，继承是类的复用
继承的定义
比如一个学校想要等级信息需要分很多类如老师、学生、工人等等，但每个群体都建立一个类比较繁琐也比较冗余，因为他们都有个共同体就是需要：姓名、手机、年龄等等，既然都得输入这三种信息，那么可以使用继承的方式，基类定义这三个基础信息，派生类根据群体的分类在增加信息
如：
class person
{
public:
void print()
{
cout << "name:" << _name << endl;
cout << "age:" << _age << endl;
}
protected:
string _name;
int _age;
};
学生
class Student : public person
{
public:
protected:
int _stuid; // 学号
};
老师
class Teacher : public person
{
public:
protected:
int _jobid; // 工号
};
如上所示，就是继承的语法和定义方式，类名后面加冒号 权限+基类名
派生类也可以使用基类的成员函数（跟权限有关，详细解析在后面）
继承方式（权限）
- 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仍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。
- 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
- 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。
成员的访问权限和类的继承方式两者取小的
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。
基类和派生类对象赋值转换（只能在公有继承下）
1.子类对象给父类对象赋值
class Person
{
public:
void print()
{
cout << "name:" << _name << endl;
cout << "age:" << _age << endl;
}
protected:
string _name;
int _age;
};
class Student : public Person
{
private:
int _No[3];
};
int main()
{
Person p;
Student s;
子类对象对父类对象赋值 这个过程会发生切割（切片）
p = s;
Person* pp = &s;
Person& rp = s;
return 0;
}
子类给父类赋值，父类对象访问不到子类的成员变量，相对较安全，而父类给子类赋值就会存在隐患：
首先语法不支持（强制类型转换也会报错）
发生不了切片
就算用指针接收也会存在越界，因为父类中没有子类的成员变量，而父类给子类赋值，子类去访问父类的成员变量是没问题的，但是访问到子类的成员变量时，父类没有，就会存在越界
继承中的作用域
继承中，基类和派生类都有自己独立的作用域
基类和派生类有同名成员时，派生类会将基类的成员隐藏（也叫重定义），优先显示派生类自己的（类似于全局变量与局部变量同名优先显示局部的）
class Person
{
public:
Person(const string& name = "张三",int num = 111)
:_name(name)
,_num(num)
{}
protected:
string _name ; // 姓名
int _num ; // 身份证号
};
class Student : public Person
{
public:
Student(int num = 999)
:_num(num)
{}
void Print()
{
cout<<" 姓名:"<<_name<< endl;
cout<<" 身份证号:"<<Person::_num<< endl;
cout<<" 学号:"<<_num<<endl;
}
protected:
int _num ; // 学号
};
在派生类成员函数中，可以使用 基类::基类成员 显示访问
成员函数也可以构成函数隐藏,
class Person
{
public:
void print( int i = 1)
{
cout << "void print()" << endl;
}
protected:
string _name ; // 姓名
int _num ; // 身份证号
};
class Student : public Person
{
public:
void Print()
{
cout << "void print()" << endl;
}
protected:
int _num ; // 学号
};
void Test()
{
Student s1;
s1.print();
s1.Person::print();
};
也和成员变量一样，要指定作用域
注意：不要把函数重载和函数隐藏搞混，函数重载是在同一作用域
在实际中在继承体系里面最好不要定义同名的成员。
派生类的默认成员函数
先看执行示例：
class Person
{
public:
Person()
{
cout << "Person()" << endl;
}
~Person()
{
cout << "~Person()" << endl;
}
protected:
string _name ; // 姓名
int _num ; // 身份证号
};
class Student : public Person
{
public:
Student()
{
cout << "Student()" << endl;
}
~Student()
{
cout << "~Student()" << endl;
}
protected:
int _num ; // 学号
};
void Test()
{
Student s1;
};
通过测试示例截图发现：
派生类的4个重点默认成员函数，可以分两种情况处理
1：派生类自己不写，编译器会默认生成，和普通类一样
2：继承下来的基类部分会自动调用基类的默认成员函数处理
并且执行顺序是先构造基类，再构造派生类自己的，并且还先构造的后析构
那么什么情况下需要自己写这些默认的成员函数？
通过以往的学习可以总结出：
（1）自定义类型没有默认构造函数（不用传参就可以调用的），就会报错，那么继承这里同理，父类没有默认构造函数，就会报错，只能自己写
（2）析构函数需要释放资源时，需要自己写
（3）子类存在深拷贝等问题需要手动写拷贝构造和赋值重载
那么自己写该如何实现
class Person
{
public:
Person(string& name,int num)
{
cout << "Person()" << endl;
}
~Person()
{
cout << "~Person()" << endl;
}
protected:
string _name ; // 姓名
int _num ; // 身份证号
};
class Student : public Person
{
public:
？？？？？？？？？？？如何自己写呢
protected:
int _num ; // 学号
};
1.构造函数
Student(const char* name = "张三",int num = 1)
:Person(name,num)
,_num(num)
{}
会自动发生切片，把子类中父类部分切片初始化
2.拷贝构造
Student(const Student& s)
:Person(s)
,_num(s._num)
{}
和构造函数类似，相当于父类的引用是子类中父类切片部分的别名
3.赋值重载
Student& operator=(const Student& s)
{
if(this != &s)
{
Person:operator=(s);
_num = s._num;
}
return *this;
}
与上述拷贝构造同理，但要明确作用域，否则会无限递归
4.析构函数
~Student()
{
当有资源要释放时才需要自己写
Person::~Person();
这里为什么要指定作用域，因为在编译后，所有的析构函数的名字都会被替换为destructor()
}
但是，继承中，子类析构显式调用父类析构就会造成析构两次，若有动态资源就造成了析构两次就会报错，这是为什么呢？
在栈帧中，给子类分配空间时，因为子类里面包括了一个父类，会先构造父类再构造子类，结束时，先析构子类再自动析构父类（也就是栈的特性，后进先出），后定义的先析构，而父在子的作用域中，所以子的作用域结束，父就会自动调用析构结束
所以析构应该是不显示调用父类的析构，并且没有动态资源时可以不用自己写
总结：父类会调用他自己的成员函数，子类根据需求实现成员函数，如父类没有无参的构造函数、存在动态资源等等
继承和友元
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
通俗的说就是：父亲的朋友不是儿子的朋友
class Student;
class Person
{
public:
friend void Display(const Person& p, const Student& s);
protected:
string _name; // 姓名
};
class Student : public Person
{
protected:
int _stuNum; // 学号
};
void Display(const Person& p, const Student& s)
{
cout << p._name << endl;
cout << s._stuNum << endl;
}
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 。
菱形继承与虚继承
继承方式有很多种如
直继承：相当于爷爷 <- 父亲 <- 儿子
多继承：父 <- 姊妹、兄弟
但是有一个不好的方式那就是菱形继承
缺点有两个：
1：存在二义性
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";
}
可以指定作用域解决二义性问题
void Test ()
{
Assistant a ;
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 = "张三";
a.Teacher::_name = "李四";
}
2：数据冗余
假如祖先的类有一个很大的数组，那么后续的子孙类，都会继承一个很大的数组，很占内存
这里介绍一个新关键字： virtual 虚继承
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 ()
{
// 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 = "张三";
a.Teacher::_name = "李四";
cout << sizeof(a) << endl;
}
注意：虚继承的位置在中部
虚继承解决了二义性和 冗余问题，这时候所有的person都是同一个person，所以对_name赋值是，先是张三，后覆盖为李四
继承中的存储
菱形继承的存储
这里先以菱形继承没加虚继承之前的代码测试
class Person
{
public :
int P ;
};
class Student : public Person
{
public :
int S ;
};
class Teacher : public Person
{
public :
int T ;
};
class Assistant : public Student, public Teacher
{
public :
int A ;
};
void Test ()
{
Assistant a ;
a.Student::P = 1;
a.Teacher::P = 2;
//a.P = 3;
a.S = 4;
a.T = 5;
a.A = 3;
}
说明继承的存储顺序是先继承的先存储，并且菱形继承存在二义性，也就是存储两份P
虚继承存储
再看虚继承以后的存储
class Person
{
public :
int P ;
};
class Student : virtual public Person
{
public :
int S ;
};
class Teacher : virtual public Person
{
public :
int T ;
};
class Assistant : public Student, public Teacher
{
public :
int A ;
};
void Test ()
{
Assistant a ;
a.Student::P = 1;
a.Teacher::P = 2;
//a.P = 3;
a.S = 4;
a.T = 5;
a.A = 3;
}
可以看出加了virtual后，解决了P的 二义性
但是通过查看虚继承时的内存，发现student和teacher的父类部分P在赋值时，只有一份，并且是公用的
这里就引入了一个新概念，叫做虚基表，如下图所示：
这里先简单介绍以下虚继承是如何存储的，具体虚基表是什么在后面多态文章中介绍
继承和组合
class person
{
public:
int _a;
};
class student : public person
{
public:
int _b;
};
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。
is-a 如 学生是人、老师是人
class Node
{
public:
int _a;
};
class ListNode
{
public:
Node* root;
};
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。
例如学过的链表，顺序表等，都包括一封装的节点类
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-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。
组合：
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
（黑盒测试和白盒测试可以先通过UML示例图去了解）
实际尽量多去用组合。组合的耦合度低，代码维护性好（优先使用对象组合，而不是类继承 ）。 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。