【C++】继承

1. 继承概念及定义

1.1 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。

1.2 继承定义

class Person
{
public:
    void Print()
    {
        cout << "name:" << _name << endl;
        cout << "age:" << _age << endl;
    }
protected:
    string _name = "peter"; // 姓名
    int _age = 18;  // 年龄
};
// 继承后父类的Person的成员（成员函数+成员变量）都会变成子类的一部分。这里体现出了
//Student和Teacher复用了Person的成员。下面我们使用监视窗口查看Student和Teacher对象，可
  //  以看到变量的复用。调用Print可以看到成员函数的复用。
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;
}

上面的代码就是定义了一个person类，学生类继承了person类。

1.2.1 语法格式

这里student继承person后，父类person的成员（成员函数+成员变量）也会变成子类的一部分，即子类会直接拥有从父类那里继承下来的成员。但是这并不意味着它们共享同一个成员，它们是相互独立的，子类继承下来的父类成员，它们在子类对象和父类对象中的地址是不一样的。

1.2.2 继承关系和访问限定符

1.2.3 继承后成员访问方式的变化

这里继承基类成员访问的方式有九种，最主要的是红色两种继承方式。

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。

2. 基类和派生类对象赋值转换

1. 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。
2. 基类对象不能赋值给派生类对象。
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的dynamic_cast 来进行识别后进行安全转换。（ps：这这里先了解一下）
   

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;
    }
};

3. 继承中作用域

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(这里不是函数重载）。
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。

#include
using namespace std;

class Person
{
public:
	void fun()
	{
		cout << "Person::func()" << endl;
	}

protected:
	string _name = "小李子"; // 姓名
	int _num = 111; 	   // 身份证号
};

// 隐藏/重定义：子类和父类有同名成员，子类的成员隐藏了父类的成员
class Student : public Person
{
public:
	void fun()
	{
		cout << "Student::func()" << endl;
	}

	void Print()
	{
		cout << " 姓名:" << _name << endl;
		cout << _num << endl;//访问类域
		cout << Person::_num << endl;//由于隐藏了父类的成员，需要指定类域访问
	}
protected:
	int _num = 999; // 学号
};

int main()
{
	Student s;
	s.Print();
	s.fun();
	s.Person::fun();

	return 0;
}

再次强调构成函数重载要在同一作用域中。

4. 派生类默认成员函数

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。
   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(这个我们后面会讲解)。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
   

#include
using namespace std;

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:
	// 先父后子
	Student(const char* name, int id = 0)
		:Person(name)
		,_id(0)
	{}

	Student(const Student& s)
		:Person(s)//显示调用父类的拷贝构造，传s会切片
		,_id(s._id)
	{}

	Student& operator=(const Student& s)
	{
		if (this != &s)
		{
			Person::operator=(s);//由于构成隐藏需要指定作用域
			_id = s._id;
		}

		return *this;
	}

	~Student()
	{
		// 由于后面多态的原因(具体后面讲)，析构函数的函数名被
		// 特殊处理了，统一处理成destructor

		// 显示调用父类析构，无法保证先子后父
		// 所以子类析构函数完成就，自定调用父类析构，这样就保证了先子后父
		cout<<"~Student()" <<endl;
	}
protected:
	int _id;

	int* _ptr = new int;
};

int main()
{
	Student s1("jack", 18);
	Student s2(s1);

	Student s3("李四", 1);
	s1 = s3;

	return 0;
}

5. 继承与友元

友元关系不能继承，也就是说父类的友元不是子类的友元，不能访问子类私有和保护成员。

6. 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 。

7. 复杂的菱形继承和菱形虚拟继承

菱形继承是多继承的一种特殊情况：

class Person
{
public:
	string _name; 
	int _age;
};

class Student : virtual public Person
{
protected:
	int _num; 
};

class Teacher : virtual public Person
{
protected:
	int _id; 
};

class Assistant : public Student, public Teacher
{
protected:
	string _majorCourse; 
};

int main()
{
	Assistant as;
	as.Student::_age = 18;
	as.Teacher::_age = 24;
	as._age = 20;

	return 0;
}

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。