【C++】继承

前言

在很多程序中都存在着一些互相关联但是有细微差别的概念，比如，同一家服装店，不同衣服价格的定价策略不同，比如有的原价销售，有的打折销售。有时当总价格达到某个量级就会经行减免。

这时面向对象编程（OOP）适用于这类应用。

一、面向对象编程

这个概念太过宏大而且每个人都有自己对于其的了解，这里我们就简单讲讲什么是面向对象编程。

面向对象程序设计(object-oriented programming)的核心思想是数据抽象、继承和动态绑定。通过使用数据抽象，我们可以将类的接口与实现分离；使用继承，可以定义相似的类型并对其相似关系建模：使用动态绑定，可以在一定程度上忽略相似类型的区别，而以统一的方式使用它们的对象。

二、继承的概念及定义

2.1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。

 通过继承联系在一起的类构成一种层状结构，通常在层状结构的根部有一个基类，其他类直接或间接从基类继承而来，这些继承得到的类称为派生类。基类负责定义在层次关系中所有类共同拥有的成员，而每个派生类定义各自特有的成员。

2.2继承定义

定义格式

 继承关系和访用限定符

继承基类成员访问方式的变化

总结：

1. 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 。

2. 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 。

3. 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 。

4. 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 。

5. 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.

三、派生类对象及派生类向基类的的类型转换

一个派生类对象包含多个组成部分：一个含有派生类自己定义的（非静态）成员的子对象，以及一个与该派生类继承的基类对应的子对象，如果有多个基类，那么这样的子类对象也有多个。

如上图所定义的student对象，它拥有一个自己定义的学号_No编号，还有继承自Person三个成员变量。（注：c++标准没有明确规范派生类对象在内存中如何分配，但是我们可以认为是如图分配的，在一个对象中，继承自基类的部分和派生类自定义的部分不一定是连续存储的）。

对于基类对象和派生类对象来说

• 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。
• 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(Run Time Type Information)的dynamic_cast 来进行识别后进行安全转换。

class Person
{
protected :
 string _name; // 姓名
    string _sex;  // 性别
    int _age; // 年龄
};
class Student : public Person
{
public :
 int _No ; // 学号
};
void Test ()
{
 Student sobj ;
 // 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;
    
 //2.基类对象不能赋值给派生类对象
    sobj = pobj;
    
    // 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->_No = 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->_No = 10;
}

四、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。

要注意的是第三条，如果基类和派生类有函数名相同但参数不同，不会构成函数重载，也派生类对象也无法调用基类中的函数，如下：

class A
{
public:
	
	void fun(int c)
	{
		cout << "A";
	}
	int a;

};
class B :public A
{
public:
	void fun(int c,int d)
	{
		cout << "B";
	}
};

int main()
{
	B b;
	int a=0;
	b.fun(a);
}

会显示b.fun()调用参数太少。

五、派生类的默认成员函数

 6个默认成员函数，“默认”的意思就是指我们不写，编译器会变我们自动生成一个，那么在派生类中，这几个成员函数是如何生成的呢？

1. 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。

2. 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。

3. 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. 派生类对象初始化 先调用基类构造再调派生类构造 。

6. 派生类对象析构清理 先调用派生类析构再调基类的析构 。

7. 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(这个我另一篇)。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

六、继承与友元，静态成员

友元关系不能被继承，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、继承与组合

继承和组合

• 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。
• 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。
• 优先使用对象组合，而不是类继承 。
• 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。
• 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。

 八、多继承，复杂的菱形继承和虚拟继承

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

菱形继承：菱形继承是多继承的一种特殊情况。

 会顾之前第三章中的派生类对象拥有的内容，我们很容易发现问题，那就是最下方的Assistant类在实例化时会在内存中存两个Person的类成员。

那问题来了当我们从Assistant类中访问_name时，我们到底该访问哪个地址的数据，如果我们让该对象去直接转换成Student, Teacher的对象时，我们该在进行“切片”时，数据又该如何分配。

这就是数据二义性和数据冗余问题。

// 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 = "xxx";
 a.Teacher::_name = "yyy";

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。

8.1虚拟继承解决数据冗余和二义性的原理

这里我们为了研究虚拟继承原理，创建一个简单的菱形虚拟继承体系，再借助内存窗口观察对象成员的模型。

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;
}

下图是菱形继承的内存对象成员模型：这里可以看到数据冗余（没有加virtual）

 

下图是菱形虚拟继承的内存对象成员模型：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。

 也就是说当我们在访问_a时会直接访问到一个偏移量，根据这个偏移量我们可以找到D中所存的独一份的A。

8.2总结

1.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。

2. 多继承可以认为是 C++ 的缺陷之一，很多后来的 OO 语言都没有多继承，如 Java 。