【C++】：继承

朋友们、伙计们，我们又见面了，本期来给大家解读一下有关C++继承的知识点，如果看完之后对你有一定的启发，那么请留下你的三连，祝大家心想事成！

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目录

1. 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 定义的格式

1.2.2 继承关系和访问限定符

1.2.3 继承基类成员访问方式的变化

2. 基类和派生类对象赋值转化

3. 继承中的作用域

4. 派生类的默认成员函数

4.1 构造函数

4.2 拷贝构造

4.3 赋值重载

4.4 析构函数

4.5 完整代码

5. 继承于友元

6. 继承与静态成员

7. 继承和组合

---

1. 继承的概念及定义

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。
 

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。
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;
}

继承的本质是一种复用

1.2 继承的定义

1.2.1 定义的格式

下面我们看到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

在学习继承之前我们认为protected和private是没有区别的，但是在学习完继承之后对于这两个访问限定符就要有区别之分。

1.2.3 继承基类成员访问方式的变化

类成员/继承方式	public继承	protected继承	private继承
基类的public成员	派生类的public成员	派生类的protected 成员	派生类的private 成员
基类的protected 成员	派生类的protected 成员	派生类的protected 成员	派生类的private 成员
基类的private成 员	在派生类中不可见	在派生类中不可见	在派生类中不可

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化

• 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(RunTime Type Information)的dynamic_cast 来进行识别后进行安全转换。（ps：这个我们后面再讲解，这里先了解一下）
• 

class Person
{
public:
	Person()
	{
		cout << "_name:" << _name << endl;
		cout << "_age:" << _age << endl;
	}
protected:
	string _name = "Bob";
	int _age = 18;
};

class Student : public Person
{
public:
	Student()
	{
		cout << "_id:" << _id << endl;
	}
public:
	int _id = 226;
};

int main()
{
	Student stobj;
	// 1.子类对象可以赋值给父类对象/指针/引用
	Person pobj = stobj;
	Person* pp = &stobj;
	Person& rp = stobj;

	//2.基类对象不能赋值给派生类对象
	//stobj = pobj;   //没有与之匹配的操作数

	// 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
	Student* pst1;
	pst1 = &stobj;
	Student* pst2 = (Student*)pp; // 这种情况转换是可以的。
	pst2->_id = 227;

	pp = &pobj;
	Student* pst3 = (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
	pst3->_id = 10;

	return 0;
}

3. 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。

// Student的_id和Person的_id构成隐藏关系，可以看出这样代码虽然能跑，但是非常容易混淆
class Person
{
protected:
	string _name = "张三";  //姓名
	int _id = 999;   //身份证
};

class Student : public Person
{
public:
	void Print()
	{
		cout << " 姓名:" << _name << endl;
		cout << " 身份证号:" << _id << endl;
		cout << " 学号:" << _id << endl;
	}
protected:
	int _id = 111;   //学号
};

int main()
{
	Student s;
	s.Print();
	return 0;
}

class Student : public Person
{
public:
	void Print()
	{
		cout << " 姓名:" << _name << endl;
		cout << " 身份证号:" << Person::_id << endl; //对类域进行特指
		cout << " 学号:" << _id << endl;
	}
protected:
	int _id = 111;   //学号
};

// B中的fun和A中的fun不是构成重载，因为不是在同一作用域
// B中的fun和A中的fun构成隐藏，成员函数满足函数名相同就构成隐藏。
class A
{
public:
	void fun()
	{
		cout << "func()" << endl;
	}
};
class B : public A
{
public:
	void fun(int i)
	{
		A::fun();
		cout << "func(int i)->" << i << endl;
	}
};

int main()
{
	B b;
	b.fun(10);
	b.A::fun();  //构成隐藏，需要特指类域进行调用
	return 0;
}

4. 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？

如果我们不写，编译器会默认生成，而生成的会去调用基类的各种默认成员函数。

//基类
class Person
{
public:
	Person(const char* name = "Bob")
		:_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;
	}
private:
	string _name;
};
//派生类
class Student :public Person
{
	//什么都不写，编译器会默认生成
private:
	int _age;
};
int main()
{
	Person p("Peter");
	Student s;
	p = s;
	return 0;
}

注意：

构造是先构造基类，再构造派生类，而析构的时候是先析构派生类，再析构基类。

4.1 构造函数

编译器默认生成的构造函数会去调用父类的构造函数，那么我们要自己实现的写该怎么去写呢？

//派生类
class Student :public Person
{
public:
	Student(const char* name, int age)
		:Person(name)   //使用匿名对象直接用父类构造函数进行构造
		,_age(age)
	{
		cout << "Student()" << endl;
	}
private:
	int _age;
};

4.2 拷贝构造

在前面的基类与派生类对象的赋值转化中说到过派生类对象可以赋值给基类对象，这种行为叫做切割或者切片，那么在派生类的拷贝构造中也需要用派生类的对象构造出一个基类的对象，那么可以直接将派生类的对象传递给基类，是实现切割，完成拷贝构造。

//派生类
class Student :public Person
{
public:
	Student(const char* name, int age)
		:Person(name)   //使用匿名对象直接用父类构造函数进行构造
		,_age(age)
	{
		cout << "Student()" << endl;
	}
	Student(const Student& s)
		:Person(s)  //将派生类对象传递给基类实现切割从而完成拷贝构造
		,_age(s._age)
	{
		cout << "Student(const Student& s)" << endl;
	}
private:
	int _age;
};

4.3 赋值重载

派生类的赋值重载同样的可以用派生类的对象去显示的调用基类的赋值重载来进行切割进而完成运算符的重载。

//派生类
class Student :public Person
{
public:
	Student& operator=(const Student& s)
	{
		cout << "Student& operator= (const Student& s)" << endl;
		if (this != &s)
		{
			Person::operator=(s);  //显示调用基类的运算符重载
			_age = s._age;
		}
		return *this;
	}
private:
	int _age;
};

4.4 析构函数

子类的析构函数如果还是显示的调用父类的析构函数就会发生多次析构，为什么呢？由于多态的原因析构函数统一会被处理成destructor，父子类的析构函数会构成隐藏，因此为了保证析构安全，先子后父，所以不需要显示调用父类的析构函数，子类析构函数结束时会自动调用父类析构，从而保证先子后父。

//派生类
class Student :public Person
{
public:
	~Student()
	{
		//Person::~Person();   //不需要显示调用，为了先子后父
		cout << "~Student()" << endl;
	}
private:
	int _age;
};

4.5 完整代码

//派生类
class Student :public Person
{
public:
	Student(const char* name, int age)
		:Person(name)   //使用匿名对象直接用父类构造函数进行构造
		,_age(age)
	{
		cout << "Student()" << endl;
	}
	Student(const Student& s)
		:Person(s)  //将派生类对象传递给基类实现切割从而完成拷贝构造
		,_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);  //显示调用基类的运算符重载
			_age = s._age;
		}
		return *this;
	}
	~Student()
	{
		//Person::~Person();   //不需要显示调用，为了先子后父
		cout << "~Student()" << endl;
	}
private:
	int _age;
};

5. 继承于友元

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。

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; //友元不能继承，所以不能访问子类私有
}

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。
 

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
};

void TestPerson()
{
	Student s1;
	Student s2;
	Student s3;
	cout << " 人数 :" << Person::_count << endl;
	Student::_count = 0;
	cout << " 人数 :" << Person::_count << endl;
}

7. 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。
• 优先使用组合，而不是继承。
• 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。

• // Car和BMW Car和Benz构成is-a的关系（继承）
  class Car {
  protected:
  	string _colour = "白色"; // 颜色
  	string _num = "陕ABIT00"; // 车牌号
  };
  class BMW : public Car {
  public:
  	void Drive() { cout << "好开-操控" << endl; }
  };
  class Benz : public Car {
  public:
  	void Drive() { cout << "好坐-舒适" << endl; }
  };
  
  // Tire和Car构成has-a的关系（组合）
  class Tire {
  protected:
  	string _brand = "Michelin"; // 品牌
  	size_t _size = 17; // 尺寸
  };
  class Car {
  protected:
  	string _colour = "白色"; // 颜色
  	string _num = "陕ABIT00"; // 车牌号
  	Tire _t; // 轮胎
  };

朋友们、伙计们，美好的时光总是短暂的，我们本期的的分享就到此结束，欲知后事如何，请听下回分解~，最后看完别忘了留下你们弥足珍贵的三连喔，感谢大家的支持！