【C++】万字一文全解【继承】及其特性__[剖析底层化繁为简]（20）

前言

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主要内容含：

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一.继承&复用&组合的区别

1）函数复用与继承区别

函数复用与继承区别：

• 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。

2）复用的分类

组合与继承：

• 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：相当于[人]与[学生]&[老师]的关系
• 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：相当于[手]与[人]的关系
• 优先使用对象组合，而不是类继承
• 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

[1]白箱复用——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。

[2]黑箱复用——组合（优先）

• 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.

二.继承的基本格式与继承以后的访问方式变化(基类成员)

1)基本格式

2)三种继承方式

• 继承方式分为三种：public继承，protect继承，private继承
• 保护访问限定符专门为继承而产生：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)在派生类中不可见

• 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。

4)基类成员经过不同继承以后分别到派生类的什么作用域中【访问方式变化】

记忆与理解：

1. 权限大小：public > protect > private
2. 基类中的public成员，经过什么继承，就到派生域的什么作用域中
3. 【以权限小的为主】基类中的protect成员，权限小于public：经过public继承还是到protect作用域中，其权限又大于private,继承，经过private继承后到private作用域中
4. 基类中的private成员，经过任何继承都在派生类中不可见
   

5）struct和class的默认继承方式

• 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

6）实际运用中一般使用都是public继承的原因

• 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.基类和派生类对象赋值转换【切片概念】

• 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
  

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【隐藏】

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， 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。

五.派生类的默认成员函数生成机制

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(多态的条件)。【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.“友元关系”不能被继承

• 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

//fail
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);
}

七.基类定义了static静态成员，整个继承体系里面只有一个这样的成员

• 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——即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 ;}                 //派生类会调用基类的构造
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
};
void TestPerson()
{
 Student s1 ;
 Student s2 ;
 Student s3 ;
 Graduate s4 ;
 cout <<" 人数 :"<< Person ::_count << endl;  //输出结果为4
 Student ::_count = 0;                   
 cout <<" 人数 :"<< Person ::_count << endl;  //输出结果为0
}

八.复杂的菱形继承及菱形虚拟继承

1）菱形继承

• 在面向对象中，常常存在这样的事情，一个派生类它有两个或两个以上的基类，这种行为称作多重继承，示意图如下：
  
• 在多重继承的基础上，Class Student 和Class Teacher 存在同名数据成员，则对Class Person而言这个同名的数据成员容易产生 二义性问题
• 菱形继承还会产生 数据冗余 现象；在Assistant的对象中Person成员会有两份；
  

class Person
{
public :
 string _name ; // 姓名
};
class Student : public Person
{
protected :
 int _num ; //学号
};
class Teacher : public Person
{
protected :
 int _id ; // 职工编号
};
class Assistant : public Student, public Teacher
{
protected :
 string _majorCourse ; // 主修课程
};
void Test ()
{
 // 这样会有二义性无法明确知道访问的是哪一个
 Assistant a ;
a._name = "peter";
// 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";
}

2）解决菱形继承问题方法：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。如下图代码中 在继承关系前加上“virtual” ，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。

class Person
{
public :
 string _name ; // 姓名
};
class Student : virtual public Person                  //虚拟继承
{
protected :
 int _num ; //学号
};
class Teacher : virtual public Person                   //虚拟继承
{
protected :
 int _id ; // 职工编号
};
class Assistant : public Student, public Teacher
{
protected :
 string _majorCourse ; // 主修课程
};
void Test ()
{
 Assistant a ;
 a._name = "peter";
}

3）虚拟继承解决菱形继承原理————虚基表&虚基表指针&利用偏移量

【1】虚拟继承前后的内存模型变化

• 虚拟继承前：
  
• 虚拟继承后：
  
• 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。