【C++进阶】继承

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前言

继承顾名思义就是将父类的成员往后进行继承，其中有很多的细节供我们发掘。

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一、继承的概念及定义

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。

我们在找工作的时候是需要将个人信息归档的，但是如果我们将每个人的信息都进行放到一个类的话，是不是难免很复杂，如下图：

现在我们有一个继承的概念让我们很快速上手这个操作：
也就是用一套方式放在那里，延伸出不同的派生类进行规划出不同人，如下格式：

2、继承的定义

（1）继承定义格式

Person是父类，也称作基类。Student是子类，也称作派生类。

（2）继承关系和访问限定符

（3）继承基类成员访问方式的变化

巧记：跟着小的来（public>protected>private），成员哪个小跟哪个来。

我们可以简单先来写一个继承：

#include
using namespace std;

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
{
protected:
	int _stuid; // 学号
};

class Teacher : public Person
{
protected:
	int _jobid; // 工号
};

int main()
{
	Student s;
	Teacher t;
	s.Print();
	t.Print();
	return 0;
}

（4）总结

第一点：不可见是什么意思？
不可见的直面意思就是在这个派生类中的类外面和类里面都不可以被访问。

我们发现基类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。

第二点：protected和private区别
这里的protected和private的区别是在派生类有很大的区别，当我们不想在类外面访问而只想在类里面进行访问的话，就用protecred即可，因为private在派生类中是不能被访问的。

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。

第三点：上面的表不需要特别记忆，我们只需要记住一个口诀，基类的其他成员在子类的访问中取小。

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。

第四点：class – private struct – public

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，不过最好显示的写出继承方式。

第五点：表的前两行和前两列最重要。

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。

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二、基类和派生类对象赋值转换

1、子类赋值给父类（切割）

顾名思义，也就是父类和子类的对象赋值转换。

派生类对象可以赋值给基类的对象 / 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。寓意把派生类中父类那部分切来赋值过去。基类对象不能赋值给派生类对象。

2、指针 / 引用强制赋值

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。

class Person
{
protected:
	string _name = "zhangsan";
	string _sex = "nan";
	int _age = 2;
};
class Student : public Person
{
public:
	int _No;
};

int main()
{
	Student s1;
	// 1.子类对象可以赋值给父类对象/指针/引用
	Person p1 = s1;
	Person* pp = &s1;
	Person& rp = s1;

	//2.基类对象不能赋值给派生类对象
	s1 = p1;

	// 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 = &s1;
	Student* ps1 = (Student*)pp;
	ps1->_No = 10;
	return 0;
}

3、赋值操作就是引用操作

我们利用赋值过去的操作就是引用操作，一个成员变量改变了以后，另一个也会跟着一样的改变。

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三、继承中的作用域

1. 在继承体系中基类和派生类都有独立的作用域。

2. 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。（在子类成员函数中，可以使用 基类::基类成员 显示访问）

3. 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。

4. 注意在实际中在继承体系里面最好不要定义同名的成员。

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四、派生类的默认成员函数

1、派生类的构造函数

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。

2、派生类的拷贝构造函数

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。

正确做法：

3、派生类的赋值函数

派生类的operator=必须要调用基类的operator=完成基类的复制。

4、派生类的析构函数

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和派生类成员先清理再清理基类成员的顺序。

为什么析构函数先子类再父类？
因为后续一些场景析构函数需要构成重写，重写的条件之一是函数名相同。那么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。

5、具象的图

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五、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

解决方法：

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六、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 。

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七、复杂的菱形继承及菱形虚拟继承

1、继承分类

分为三个类：单继承、多继承和菱形继承，其中，菱形继承有两个比较大的问题，我们在下面进行显示：

2、菱形继承的问题和解决方法

如下代码（菱形继承）：

解决方法：利用虚拟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。

当然下面这种指定类域的方法也是可以的（指定继承只能解决二义性的问题，数据冗余的问题解决不了）：

3、虚拟继承解决数据冗余和二义性的原理

为了研究虚拟继承原理，我们给出了一个简化的菱形继承继承体系，再借助内存窗口观察对象成员的模型。

（1）不用虚拟继承

数据冗余：

（2）使用虚拟继承

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。

为什么要用B、C指针指向虚基表找到偏移量再去通过本身偏移量进行找到所需的值的位置呢？

方便，节省空间，先取到偏移量，再计算内置类型在对象中的地址，再访问。将所有的继承的内置类型的寻找地址用同一个样式，大家都一样，要想找到无论是继承的还是本身的内置类型，都先去找虚基表，从中找到偏移量，再根据偏移量找到内置类型，很方便，无论指针指向还是本身都这么做，大家都一样，数据冗杂性减少，很方便。

4、练习题

（1）多继承指针偏移问题

多继承中指针偏移问题？下面说法正确的是( )

解析及答案：
答案选C

（2）构造输出顺序问题

下面程序输出结果是什么? （）

解析：先去调用A的构造函数，因为D类是先去调用A的构造函数，调用一次后面的B和C就不需要去重复调用了。调用完父类的构造函数再根据class D : public B, public C 的顺序调用B类再调用C类即可。

答案选A。

八、 继承和组合

1、is - a 和 has - a

2、优先使用对象组合，而不是类继承

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