C++ 继承

目录

一、继承的概念及定义

1.1 继承的概念        

1.2 继承的定义

1.2.1 定义语法格式

1.2.2 继承关系和访问限定符       

extra 实现一个不能被继承的类

二、基类和派生类对象赋值转换 

三、继承中的作用域

四、派生类的默认成员函数

五、继承与友元

六、继承与静态成员

七、多继承、菱形继承及虚拟继承

总结

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一、继承的概念及定义

1.1 继承的概念        

        继承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。

class Person
{
public:
    void Print()
    {
        cout << "name:" << _name << endl;
        cout << "age:" << _age << endl;
    }
protected:
    string _name = "people";  // 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。我们可以使用监视窗口查看
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;
}

        

1.2 继承的定义

1.2.1 定义语法格式

Person是父类，也称作基类。Student是子类，也称作派生类        

        

1.2.2 继承关系和访问限定符       

助解：

• 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
• 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
• 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)，其中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，不过建议最好还是显示的写出继承方式
• 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

        

extra 实现一个不能被继承的类

C++98 私有化父类的构造函数

class A
{
public:
private:
	A()
	{}

private:
	int _a;
	int _b;
};

class B : public A
{
public:
	B()
		:A()
	{}
};

int main()
{
	B bb;

	return 0;
}



C++11 新增final关键字，修饰父类，父类不能被继承

class A  final
{
public:
	A()
	{}

private:
	int _a;
	int _b;
};

class B : public A
{
public:
};

int main()
{
	B bb;

	return 0;
}

        

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二、基类和派生类对象赋值转换 

• public继承，派生类和父类是一个"is a"的关系，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。我们认为这种赋值是天然的，中间不产生临时变量，我们称之为赋值兼容规则，也形象的叫作切片或者切割（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/引用可以通过强制类型转换赋值给派生类的指针/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（后续讲解），可以使用RTTI(RunTime 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
};

// 赋值 - 类型转换 - 临时变量
double d = 3.14;
// 相近类型可以隐式类型转换，int、double都表示一个数值
int i = d;       // i <- 临时变量 <- d
int& r = d; // error r实际引用的是中间的临时变量，临时变量具有常属性，不可被修改
const int& r = d; // 正确的写法
string str = "hello C++";
string& rstr = "hello C++"; // error 理由同上

void Test ()
{
    Student s;
    // 1.子类对象可以赋值给父类对象/指针/引用
    Person p = s;    // "is a" -> student（子类对象） is a person（父类对象）<公有继承>
    Person* pp = &s;
    Person& rp = s;  // 产生临时对象了吗？没有报错，说明没有产生临时对象
    // 2.基类对象不能赋值给派生类对象
    s = p;
    // 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 = &s;
    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;
}

        

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三、继承中的作用域

• 在继承体系中基类和派生类都有自己独立的作用域
• 子类和父类中有同名成员，子类同名成员会隐藏父类同名成员，优先访问子类同名成员，这种情况叫隐藏，也叫做重定义（在子类成员函数中，可以使用 基类::基类成员 显示访问父类同名成员）
• 如果是成员函数的隐藏，仅需函数名相同就构成隐藏了（不考虑参数、返回值）
• 建议实际中在继承体系里面最好不要定义同名的成员

class Person
{
protected:
	string _name = "李好"; // 姓名
	int _num = 420;		   // 身份证号
};
class Student : public Person
{
public:
	void Print()
	{
		cout << " 姓名:" << _name << endl;
		cout << " 身份证号:" << Person::_num << endl;
		cout << " 学号:" << _num << endl;	// 默认访问自己的_num
	}
protected:
	// 父类和子类都有自己独立的作用域
	int _num = 999; // 学号
};
void Test()
{
	Student s1;
	s1.Print();
};

Student的_num和Person的_num构成隐藏关系
尽管代码可以正常运行，但是看上去容易混淆

感觉会了吗？那我拷拷你：        

A. 两个func构成函数重载
B. 两个func构成隐藏
C. 编译报错
D. 运行报错

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

class B : public A
{
public:
	void func(int i)
	{
		cout << "func(int i)->" << i << endl;
	}
};

void Test()
{
	B b;
	b.func(10);
	b.A::func();
};

注意：函数重载的前提是在同一作用域上

        

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四、派生类的默认成员函数

类有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？

• 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。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
• 派生类对象初始化先调用基类构造再调派生类构造（先父后子）
• 派生类对象析构清理先调用派生类析构再调基类的析构（先子后父，因为子类可能访问父类的成员）
• （后续讲解）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。因此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

class Person
{
public:
	Person(const char* name = "李好")
		: _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 age)
		: Person(name)
		, _age(age)
	{}

	Student(const Student& s)
		: Person(s)
		, _age(s._age)
	{
		cout << "Student(const Student& s)" << endl;
	}

	Student& operator = (const Student& s)
	{
		cout << "Student& operator= (const Student& s)" << endl;
		if (this != &s)
		{
			Person::operator =(s);
			_age = s._age;
		}
		return *this;
	}

	~Student()
	{
		cout << "~Student()" << endl;
	}

protected:
	int _age;
};

int main()
{
	Student s1("张三", 18);
	Student s2(s1);
	Student s3("李四", 17);
	s1 = s3;

	return 0;
}

代码剖析：        

   

        

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五、继承与友元

        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（爸爸的朋友不是你的朋友）

class Student;
class Person
{
public:
    friend void Display(const Person& p, const Student& s);
    protected:
    string _name; // 姓名
};

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

void Display(const Person& p, const Student& s)
{
    cout << p._name << endl;
    cout << s._stuNum << endl;
}

void main()
{
    Person p;
    Student s;
    Display(p, s);
}

        

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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

class Person
{
public:
	Person() { ++_count; }
protected:
	string _name; // 姓名
public:
	static int _count; // 统计人的个数。
};

int Person::_count = 0;

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

class Graduate : public Student
{
protected:
	string _seminarCourse; // 研究科目
};

// 统计合计创建了多少个类对象
void TestPerson()
{
	Student s1;
	Student s2;
	Student s3;
	Graduate s4;
	cout << " 人数 :" << Person::_count << endl;
    // &Student::_count和Person::_count是相等的
    // 我们可以理解为：继承的是使用权，实际上static定义的变量存储在静态区
	Student::_count = 0;  
	cout << " 人数 :" << Person::_count << endl;
}

        

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七、多继承、菱形继承及虚拟继承

单继承和多继承
菱形继承        

        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继承Person时使用虚拟继承，即可解决问题。注意，虚拟继承不要在其它地方随意使用

class Person
{
public:
    string _name; // 姓名
};

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

class Teacher: virtual public Person
{
protected:
    int _teachid; // 职工编号
};

class Assistant: public Student, public Teacher
{
protected:
    string _majorCourse; // 主修课程
};

虚拟继承解决数据冗余和二义性的原理
接下来，有一个问题，b、c里面存储的另外一个地址是什么呢？

        

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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
3. 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可以看作是一个基类对象
• 组合是一种have-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

        

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