【C++进阶(八)】C++继承深度剖析

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1. 前言

接下来的几篇博客会进入C++
继承和多态的学习,在校招笔试
和面试中这一章节考察的很多!
请同学们耐心学习!

本章重点:

本篇文章着重讲解继承的概念和定义,
父类和子类的对象赋值转换,
继承中的作用域以及子类的默认成员函数
以及继承和友元,继承和静态成员的关系
最后讲解菱形继承和虚继承概念

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2. 继承的基本概念

继承,其实就是一种代码的复用手段
子类继承父类就能用父类中的变量!

举一个例子:

在师生管理系统中,有学生和老师两个
角色,学生和老师的共同信息有:姓名
性别,年龄和身高等等,然而学生又有一些
专有的信息,比如学号和所属学院
老师也有专属信息如:工号和所教学科

这样就可以将师生的共同信息提取出来:

struct Person
{
	string name;
	string sex;
	int age;
	int height;
}

在实现student类和teacher类时
只需要继承上面的person类即可!

class Student : public Person
{
protected:
	int _stuid; // 学号
};

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

派生类也被称为子类
基类也被称为父类

父子类成员的使用:

Student st;
st._stuid=123456;
st.name="张三";
st.age=20;

子类对象中课直接调用父类变量!

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3. 继承关系和访问限定符

继承方式和访问限定符一样有三种:

继承的方式不同,那么子类中继承
到的父类的变量的访问权限就不同
可以用下面的表格来表示它们的关系:

我简单的总结以下几点:

1. 无继承体系中,protected和private没有区别
2. 在继承体系中,父类的protected成员在子类
   中也是protected或保护成员
3. 父类的private成员在子类是不可见的!
   (继承下来了但不能使用)
4. 实际中使用继承时一般都用public继承
5. 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

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4. 继承中的作用域

先说以下结论:

1. 继承体系中基类和子类有独立的作用域
2. 子类和父类中有同名成员时,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. 实际中在继承体系里面最好不要定义同名的成员

class Person
{
protected :
	int _num = 111;   // 身份证号
};

class Student : public Person
{
protected:
	int _num = 999; // 学号
};

在main函数中定义student对象
后再打印_num默认为子类中的_num
若想打印父类中的_num,需要指定类域

Student st;
cout<<st._num;
cout<<st.Person::_num;

有同学可能会疑惑:函数名相同的话
不应该是构成函数重载吗?是的,在同一
作用域下,函数名相同确实构成函数重载
但是父子类是不同作用域,这里是构成隐藏!

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5. 父子类的对象赋值转换

老样子,先说结论:

• 子类对象可以赋值给基类的
  -/对象/基类的指针/基类的引用

• 基类对象不能赋值给派生类对象

注意这里能够赋值不是隐式类型转换!

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6. 子类中的默认成员函数

还记得类的六个默认成员函数吗?
就是不显示写系统会自动生成的:

子类的默认成员函数有哪些特殊的行为?
下面我直接给出结论:

1. 子类的构造函数必须显示调用父类的构造
   去初始化父类的那部分成员(拷贝构造也是)
2. 子类的operator=中必须调用父类的
   operator=完成父类成员赋值
3. 子类的析构函数不用显示调用父类的析构
   编译器会自动去调用
4. 子类初始化对象时,先初始化父类的成员变量
   再初始化子类的成员变量
5. 子类析构清理时先调用子类的析构函数
   再调用父类的析构函数(与构造反过来)

可以使用以下代码区验证此结论:

class Person
{
public :
 Person(const char* name = "peter")
 : _name(name )
 {
 cout<<"Person()" <<endl;
 }
    
 Person(const Person& p)
 : _name(p._name)
 {
 	cout<<"Person(const Person& p)" <<endl;
 }
    
 Person& operator=(const Person& p )
 {
 	cout<<"Person operator=(const Person& p)"<< endl;
 	if (this != &p)
 	_name = p ._name;
        
 	return *this ;
 }
    
 ~Person()
 {
 	cout<<"~Person()" <<endl;
 }
protected :
 	string _name ; // 姓名
};
class Student : public Person
{
public :
 Student(const char* name, int num)
 	: Person(name )
 	, _num(num )
 	{
 	cout<<"Student()" <<endl;
 	}
 
 Student(const Student& s)
 	: Person(s)
 	, _num(s ._num)
 {
 	cout<<"Student(const Student& s)" <<endl ;
 }
 
 Student& operator = (const Student& s )
 {
 	cout<<"Student& operator= (const Student& s)"<< endl;
 	if (this != &s)
 	{
 		Person::operator =(s);
		_num = s ._num;
 	}
 return *this ;
 } 
 
 ~Student()
 {
 	cout<<"~Student()" <<endl;
 }
protected :
 	int _num ; //学号
};
void Test ()
{
 	Student s1 ("jack", 18);
 	Student s2 (s1);
 	Student s3 ("rose", 17);
 	s1 = s3 ;
}

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7. 继承与友元,继承与静态变量

继承与友元的关系很简单一句话:

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

继承和静态成员的关系也很简单:

基类中定义的静态成员被整个继承体系共享
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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8. 菱形继承和虚拟继承

在使用继承时会遇见以下情况:

类B继承了类A,类C也继承了类A
然而类D继承了类B和C

此时会有一个问题,类D的实例化对象中
有类B和类C,然而B类和C类都有A类
所以说D类对象中的A类成员就重复了!

class A
{
	int _a = 1;
};
class B :public A
{
	int _b = 2;
};
class C :public A
{
	int _c = 3;
};
class D :public B, A
{
	int _d = 4;
};

我们通过内存窗口观察一下:

D对象中有两个_a,一个在B类一个在C类
这就造成了数据冗余,于是可以使用虚拟继承
来解决这一问题:

虚拟继承:在继承前加上virtual关键字

class A
{
	int _a = 1;
};
class B :virtual public A
{
	int _b = 2;
};
class C :virtual public A
{
	int _c = 3;
};
class D :public B, A
{
	int _d = 4;
};

注意,只用腰部的类加上virtual即可!
virtual这一关键字在多态还有大用处!

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9. 总结以及拓展

继承是多态的基础,而笔试面试的时候
继承和多态是考察的很多的,希望同学们
把基础打扎实.当然关于继承的内容其实不止
这些,这些只是最重要的内容,关于继承问题
我们将在下一章节:多态时再展开叙述

对于is-a和has-a的拓展阅读:

拓展阅读

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下期预告:C++继多态