C++ | 继承
【C++修炼秘籍】继承
心有所向，日复一日，必有精进
专栏《C++修炼秘籍》
作者：沂沐沐
目录
【C++修炼秘籍】继承
一、继承的概念和定义
1、 继承的概念
2、继承定义
3、示例
二、继承关系和访问限定符
三、基类和派生类对象赋值转换规则（切片/切割）
四、继承中的作用域
❓区分重载和重定义（隐藏）
五、继承中派生类默认成员函数
1、基类和派生类的构造函数的处理
2、基类和派生类的拷贝构造函数的处理
3、基类和派生类的赋值运算符重载的处理
4、基类和派生类的析构函数的处理
5、关于派生类默认成员函数注意规则的总结
六、继承和友元、静态成员
七、多继承和单继承
八、菱形继承及菱形虚拟继承
1、菱形继承：
2、菱形继承的问题（二义性和数据冗余）
3、虚拟继承（解决二义性和数据冗余问题）
3.1、虚拟继承解决数据冗余和二义性示例
3.2、虚拟继承解决数据冗余和二义性的原理
九、继承和组合
十、结束
一、继承的概念和定义
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
2、继承定义
class 派生类名:［继承方式］ 基类名{
//……
};3、示例
class Person
{
public:
void Print()
{
cout << "name:" << _name << endl;
cout << "age:" << _age << endl;
}
protected:
string _name = "peter"; // 姓名
int _age = 18; // 年龄
};
// 继承后基类的Person的成员（成员函数+成员变量）都会变成派生类的一部分。这里体现出了
//Student和Teacher复用了Person的成员。
class Student : public Person
{
protected:
int _stuid; // 学号
};
class Teacher : public Person
{
protected:
int _jobid; // 工号
};
被继承的类称为父类或基类，继承类称为子类或派生类；在称呼时，最好父类和子类，基类和派生类一一对应的使用； 下文均采用基类和派生类；
使用监视窗口查看Student和Teacher对象，可以看到变量的复用，派生类中存有基类变量。
二、继承关系和访问限定符
| 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 |
- 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。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。
- 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。
- 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都是在(成员在基类的访问限定符，继承方式)取小，小是指访问权限较为小的权限，public > protected> private。
- 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。不提倡不写继承方式。
三、基类和派生类对象赋值转换规则（切片/切割）
以如下代码为例：
class Person
{
public:
Person(string name = "peter",int age = 18)
:_name(name)
,_age(age){}
void Print()
{
cout << "name:" << _name << endl;
cout << "age:" << _age << endl;
}
protected:
string _name; // 姓名
int _age; // 年龄
};
class Student : public Person
{
public:
Student(string name = "stu", int age = 12, int stuid = 02)
:Person(name,age),
_stuid(stuid){}
public:
int _stuid; // 学号
}; int main()
{
Person p;
Student s("stu",12,02);
p = s;
return 0;
}当子类赋值给父类后会发生什么呢？
1、子类对象可以赋值给父类对象、父类的指针、父类的引用。这种操作叫做赋值兼容/切割/切片，意为将子类对象中继承于父类的成员切割下来赋值给父类对象。这不是类型转换，是天然的赋值行为。(切片仅限公有继承。举例：父类为公有，子类保护或私有继承后，成员变为保护和私有，子类再切片给父类，那么被继承的成员权限会变，所以切片仅限公有继承)
// 1.子类对象可以赋值给父类对象/指针/引用
Person pobj = sobj;
Person* pp = &sobj;
Person& rp = sobj;❗️ 注意：当一个类型赋值给其他类型会出现类型转换，即使用户没有强转，也存在隐含的类型转换，但是，在继承体系中，子类赋值父类是天然的赋值行为，不存在类型转换；
2、只能将子类对象赋值给父类，父类对象不能给子类赋值。但是指针和引用却可以，不过存在越界风险。
//2.基类对象不能赋值给派生类对象
sobj = pobj;3、基类的指针或者引用可以通过强制类型转换赋值给派生类的指针或者引用。但是必须是基类
的指针是指向派生类对象时才是安全的。这里基类如果是多态类型，可以使用RTTI(RunTime Type Information)的dynamic_cast 来进行识别后进行安全转换。
// 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
pp = &sobj;
Student* ps1 = (Student*)pp; // 这种情况转换时可以的。
ps1->_stuid = 10;
pp = &pobj;
Student* ps2 = (Student*)pp; // 这种情况转换时虽然可以，但是会存在越界访问的问题
ps2->_stuid = 10;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。
- 子类和父类中有同名成员，派生类成员将屏蔽基类对同名成员的直接访问，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 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隐藏。
- 注意在实际中在继承体系里面最好不要定义同名的成员
❓区分重载和重定义（隐藏）
重载特征（1）相同范围（2）函数名相同（3）参数列表不同
重载必须在同一作用域，在继承体系中，基类和派生类都有各自独立的作用域，不能说在派生类和在基类中符合重载要求的函数叫重载；
重定义（1）不同范围（派生类和基类）（2）函数名相同
class A
{
public:
void fun()
{
cout << "func()" << endl;
}
};
class B : public A
{
public:
void fun(int i)
{
cout << "func(int i)->" << i << endl;
}
};
int main(){
B b;
b.fun(10);
return 0;
}B中的fun和A中的fun不是构成重载，因为不是在同一作用域
B中的fun和A中的fun构成隐藏，成员函数满足函数名相同就构成隐藏
重写（覆盖），将在多态中提及，敬请期待；
五、继承中派生类默认成员函数
基类中的默认成员函数，依然适用之前规则；
1、基类和派生类的构造函数的处理
派生类中有两部分，从基类中继承的部分和派生类自己的部分。
对于派生类自己的成员，按照普通类调用默认成员函数的规则进行处理；对于继承于父类的成员，将会调用父类中的默认成员函数进行处理。
派生类对象初始化先调用基类构造再调派生类构造。
❗️ 注意：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。
class Person
{
public:
void Print()
{
cout << "name:" << _name << endl;
cout << "age:" << _age << endl;
}
protected:
string _name = "peter"; // 姓名
int _age = 18; // 年龄
};
class Student : public Person
{
public:
protected:
int _stuid; // 学号
};int main(){
Person p;
Student s;
return 0;
}
2、基类和派生类的拷贝构造函数的处理
- 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。
- 子类存在浅拷贝问题，需要自己显式写拷贝构造和赋值。
显示调用拷贝构造：
class Person
{
public:
Person(string name, int age):_name(name),_age(age){}
Person(const Person& p):_name(p._name){}
protected:
string _name; // 姓名
int _age; // 年龄
};
class Student : public Person
{
public:
Student(int stuid = 01) :Person("peter", 18), _stuid(stuid){}
Student(const Student& s)
:Person(s),//切片
_stuid(s._stuid){}
protected:
int _stuid; // 学号
};3、基类和派生类的赋值运算符重载的处理
- 派生类的operator=必须要调用基类的operator=完成基类的复制。
- 子类存在浅拷贝问题，需要自己显式调用赋值运算符重载。
显示调用赋值运算符重载
class Person
{
public:
Person(string name, int age):_name(name),_age(age){}
Person& operator=(const Person& p)
{
if (this != &p)
_name = p._name;
_age = p._age;
return *this;
}
protected:
string _name; // 姓名
int _age; // 年龄
};
class Student : public Person
{
public:
Student(int stuid = 01) :Person("peter", 18), _stuid(stuid){}
Student& operator=(const Student& s)
{
if (this != &s){
Person::operator=(s);//切片传入父类赋值运算符重载中
//根据子类成员进行深浅拷贝
_stuid = s._stuid;
}
return *this;
}
protected:
int _stuid; // 学号
};4、基类和派生类的析构函数的处理
子类有资源需要释放，需要自己写析构函数。
尝试显示调用析构函数：
？怎么回事，这是编译器在处理析构函数时，会把析构函数名字会被编译器统一处理为destructor()，这时构成隐藏，编译器找不到基类析构，需要指定类域；
~Student(){Person::~Person(); cout << "Student::析构函数" << endl; }编译通过！运行结果：
这！怎么调用了两次基类的析构函数？幸好这里没有开辟内存，否则极其危险！
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、关于派生类默认成员函数注意规则的总结
- 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。
- 派生类对象初始化先调用基类构造再调派生类构造。
- 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。
- 派生类的operator=必须要调用基类的operator=完成基类的复制。
- 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。
- 派生类对象析构清理先调用派生类析构再调基类的析构。
- 编译器会对析构函数名进行特殊处理，处理成destrutor()，所以父类析构函数不加virtual的情况下，子类析构函数和父类析构函数构成隐藏关系
六、继承和友元、静态成员
- 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
- 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
七、多继承和单继承
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
八、菱形继承及菱形虚拟继承
1、菱形继承：
菱形继承是多继承的一种特殊情况
2、菱形继承的问题（二义性和数据冗余）
从下面的对象成员模型构造，可以看出菱形继承有数据冗余和二义性的问题。
class A{
public:
int _a;
};
class B : public A{
public:
protected:
int _b;
};
class C : public A{
public:
protected:
int _c;
};
class D : public B , public C{
public:
protected:
int _d;
};
int main(){
D d;
//d._a = 1;不能这么写，因为a中有两个_a成员，需要指定类域
// 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
d.B::_a = 1;
d.C::_a = 2;
return 0;
}
d中有两个_a成员，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
3、虚拟继承（解决二义性和数据冗余问题）
3.1、虚拟继承解决数据冗余和二义性示例
产生二义性和数据冗余的本质就是子类继承了多份相同成员。
解决方法是在“腰部”类增加virtual关键字，形成虚拟继承。
class A{
public:
int _a;
};
class B : virtual public A{
public:
protected:
int _b;
};
class C : virtual public A{
public:
protected:
int _c;
};
class D : public B , public C{
public:
protected:
int _d;
};3.2、虚拟继承解决数据冗余和二义性的原理
用下面程序测验一下：
class A{
public:
int _a;
};
class B : public A{
public:
int _b;
};
class C : public A{
public:
int _c;
};
class D : public B , public C{
public:
int _d;
};
int main(){
D d;
d.B::_a = 1;
d.C::_a = 2;
d._b = 3;
d._c = 4;
d._d = 5;
return 0;
}3. 2.1、没有使用virtual虚拟继承时，菱形继承会导致数据冗余；
3.2.2、使用virtual虚拟继承
class A{
public:
int _a;
};
class B : virtual public A{
public:
int _b;
};
class C : virtual public A{
public:
int _c;
};
class D : public B , public C{
public:
int _d;
};
int main(){
D d;
d.B::_a = 1;
d.C::_a = 2;
d._b = 3;
d._c = 4;
d._d = 5;
return 0;
}
这里可以分析出D对象中将A放到的了对象组成的最下面，这个A同时属于B和C，那么B和C如何去找到公共的A呢？这里是通过了B和C的两个指针，指向的一张表。这两个指针叫虚基表指针，这两个表叫虚基表。虚基表中存的偏移量。通过偏移量可以找到下面的A。
在B的虚基表中我们看到偏移量是20，注意图中显示的是十六进制，我们计算后发现正好可以找到a；
❗️ 注意：很多人说C++语法复杂，其实多继承就是一个体现。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。
九、继承和组合
1、继承和组合的区别
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。比如：学生，老师，都是人，不过他们有不同的属性，但是都具有人的共同属性，所以可以像上面一样老师和学生都可以继承人这个类；
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。比如：车是由轮胎等组成的；
❗️ 注意：如果两个类既可以是is-a，又可以是has-a的关系，那么优先使用组合。
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。
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。
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。
十、结束
继承结束，C++的继承坑很大的，尤其是多继承，坑非常大，最好不要轻易使用哦；
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