C++知识第三篇之继承

C++继承

继承是面向对象编程的重要特征，是对类设计层次的复用

一.介绍

1.继承定义

class Parent
{};

class Child :public Parent
{};

Parent：是父类，也称作基类(base class)；Student：是子类，也称作派生类(derived class)

public：表示继承方式为公共继承

2.继承方式

子类继承父类，有3种继承方式

继承方式的作用是：

对于父类非private的成员，使其在子类中的访问权限为MIN(继承方式，父类成员访问限制符)

如：

private成员pc在子类中是不可见的，不能在子类中被访问。

• public继承

  最常用的继承方式，不改变父类成员在子类的访问权限

• protected继承

  可将父类的public成员，在子类中为protected

• private继承

  可将父类的public、protected成员，在子类中为private

这个时候可以让我们回顾一下，类中访问限制符的作用

1. public(公有)：其修饰的成员可以在类外直接访问
2. protected(保护)与private(私有)：其修饰的成员不能在类外直接访问

此时就可以发现protected与private的异同了：

如果成员不想在类外被直接访问，则可以用protected或private修饰。但如果需要在子类中被访问，则需要设置为protected。因为private修饰的成员在子类中是不可见（虽然被子类继承了，但是子类不能访问）。

3.class与struct

• 用class作为类声明的关键字

如果派生类是使用class关键字，则默认继承(不显示表明)方式为private

• 用struct作为类声明的关键字

如果派生类是使用struct关键字，则默认继承(不显示表明)方式为private

无论使用那种，最好显示的写出继承方式

二.作用域

不同类都有其自己的类域，因此基类和派生类都有独立的作用域

例如，上例中的Children类，其继承了Parent类，并继承得到Parent类中的成员，但是这些成员却不在Children的作用域里。

这很好理解，毕竟有两个{}，基类成员都在基类的类体中声明(定义)。其次，我们可以在派生类中，声明(定义)与基类同名的成员。（要知道在相同作用域中，定义同名的变量是会引起命名冲突的）

---

如果派生类和基类中有同名成员，派生类成员将屏蔽对基类同名成员的直接访问，即会优先访问派生类的成员，也称隐藏或重定义。

此时访问基类成员需要显示指定基类的作用域

1.成员变量

c.pa：访问的是Children中的成员pa c.Parent::pa：访问到Parent中的成员pa

2.成员函数

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

---

Parent中的show()和Children中的show()，有不同的参数列表，但是并不构成函数重载，因为函数重载的条件是需要在相同作用域中。这两个函数构成隐藏关系

tips：实际中最好不要在继承体系里定义同名成员

---

三.赋值转换

public继承方式下

派生类的对象可以赋值给基类的对象、基类的指针、基类的引用

这种赋值操作又被叫做切片或者切割，比喻将派生类对象中基类的那部分切给基类进行赋值。

但是基类对象不能赋值给派生类对象

1.给基类对象赋值

将对象c中Parent部分切片赋值给对象p

2.给基类对象指针赋值

pp指向对象c中Parent部分的切片

引用：底层也是指针。

四.派生类的默认函数

对于一个空类，经由编译器处理过后，会为它声明一个默认构造函数、一个拷贝构造函数、一个赋值运算符重载、一个析构函数，且这些函数都是public的。称之为默认成员函数。

默认构造函数：

    会先(在初始化列表的位置)调用基类的默认构造函数，完成基类的创建。

构造函数：

    如果基类没有默认构造函数，则需要在初始化列表显示调用基类的构造函数

拷贝构造函数：

    如果基类和派生类的拷贝构造函数都是编译器生成的，会先(在初始化列表的位置)调用基类的拷贝构造函数。

    如果基类显示定义了，则需要在派生类的拷贝构造函数中显示调用，否则不会完成对基类部分的值拷贝（如果不是在参数列表位置调用的，则会先自动调用基类的默认构造函数，如果基类无默认构造，则会报错）

析构函数：

    析构函数基本上都是当对象的生命周期结束后，由编译器自动调用的。在继承体系中，当一个派生类对象需要释放，会先调用派生类的析构函数，再调用其基类的析构函数。

五. 其他

1.友元

友元的目的是打破封装，使protected或private的类成员也可以被类外访问

友元关系不能被继承

友元函数show()并非Parent类的成员函数，只是通过friend关键字同类外产生联系

友元类同理

2.静态

对于基类的静态成员，无论其派生类有多少个，都共用着同一个静态成员

静态函数同理

六.继承

1.单继承

一个派生类只有一个直接基类的关系称为单继承

class Grandparent
{};
class Parent :public Grandparent
{};
class Children :public Parent
{};

Greadparent–>Parent–>Children，单继承

2.多继承

一个派生类有两个或以上直接基类的关系称为多继承

class Father
{};
class Mother
{};
class Children :public Father, public Mother
{};

Children<—Father & Mother，多继承

对基类的初始化顺序，是根据继承的先后顺序

Children类的默认构造函数中，在其初始列表位置，即使先调用Mother()，后Father()，结果依旧是按继承的顺序先构造Father，后Mother。（初始化列表的错误使用示例，最好按照声明的次序条列）

---

多继承有可能会出现二义性的问题

3.菱形继承

菱形继承是多继承的一种特例

class Grandma
{};
class Father :public Grandma
{};
class Mother :public Grandma
{};
class Children :public Father, public Mother
{};

Father是继承于其Grandma，Mother是继承于其Grandma，

当Children继承Father和Mother后，就间接的继承了两个Grandma对象

二义性问题

数据冗余问题

对于派生类如果只是需要一份基类的成员即可，那么菱形继承也会造成数据冗余。例如上例的Children类间接的继承了两份Grandma。

4.虚拟继承

意义：为解决由菱形继承而导致的数据冗余和二义性问题

---

示例：

class Grandma
{
public:
    int i;
};
class Father :virtual public Grandma
{};
class Mother :virtual public Grandma
{};
class Children :public Father, public Mother
{};

让Father和Mother，虚拟(virtual)继承Grandma

此时会产生什么变化呢？

可以看见当Father、Mother虚拟继承后，其首位多出来4个字节的空间，存放着某种数据

首位置是一个指针，指针内存放着地址，该地址指向一张表。指针是虚基表指针，表是虚基表

虚基表中存放的是偏移量，通过第二个偏移量可以找到基类成员变量的地址

可以看出Father、Mother在虚拟(virtual)继承后，就隐式的增加了一个虚基表指针的成员(属于派生类Father、Mother)，且所占空间额外增加了4个字节。

---

下面来看Children类的变化

由于Father、Mother都是虚拟继承于Grandma，其各自的虚基表中第二个偏移量都是指向来着于Grandma的成员变量。因此在Children类c中唯有一份Grandma成员变量

解决了数据冗余和二义性问题

---

在实际中建议避免定义出菱形继承。

七.其他

1.如何定义一个不能被继承的类？

• 将构造函数私有化

  通过无法实例化来间接使A类无法被继承
  

     因此需要提供一个接口GetA，来返回A类型对象

• 将析构函数私有化

  通过无法实例化来间接使A类无法被继承
  

• final

  c++11，不同于前两种，使用final来修饰类后，如果有继承操作就会报错
  

2. 菱形继承中如果合理使用虚拟继承？

在下图的菱形继承中，只对B和C类使用虚拟继承，就可以解决数据冗余和二义性问题

如果在菱形继承中，每个继承关系都使用虚拟继承，也可以解决问题，但是没有必要，而且还会使空间增大(虚基表指针)，并且性能和复杂度都有问题。

观看~~