c++ 类的继承详解

在 C++ 中，类的继承是一种面向对象编程（OOP）的特性，允许创建一个新的类（派生类）从一个已有的类（基类）派生。通过继承，派生类可以重用基类的属性和行为，并且可以扩展或修改这些行为。继承是一种代码重用和扩展的机制，使得派生类能够继承基类的特性并添加或修改特性。

1. 继承的基本语法

class Base {
    // 基类的成员
};

class Derived : public Base {
    // 派生类的成员
};

在上面的示例中，Derived 是从 Base 继承而来的类。

2. 继承的访问控制

继承可以分为三种类型：public 继承、protected 继承和 private 继承。访问修饰符影响派生类对基类成员的访问权限。

2.1 public 继承

• 访问控制：基类的 public 和 protected 成员在派生类中保持相同的访问级别。public 成员在派生类中也是 public，protected 成员在派生类中也是 protected。

class Base {
public:
    int publicValue;
protected:
    int protectedValue;
};

class Derived : public Base {
    void accessMembers() {
        publicValue = 10;    // 合法
        protectedValue = 20; // 合法
    }
};

2.2 protected 继承

• 访问控制：基类的 public 和 protected 成员在派生类中都变为 protected，不可被基类外部访问。

class Base {
public:
    int publicValue;
protected:
    int protectedValue;
};

class Derived : protected Base {
    void accessMembers() {
        publicValue = 10;    // 合法
        protectedValue = 20; // 合法
    }
};

2.3 private 继承

• 访问控制：基类的 public 和 protected 成员在派生类中都变为 private，不可被基类外部访问。

class Base {
public:
    int publicValue;
protected:
    int protectedValue;
};

class Derived : private Base {
    void accessMembers() {
        publicValue = 10;    // 合法
        protectedValue = 20; // 合法
    }
};

3. 构造函数和析构函数的继承

• 构造函数：基类的构造函数不会被派生类继承。派生类需要定义自己的构造函数，并且可以在构造函数初始化列表中调用基类的构造函数。

class Base {
public:
    Base(int x) : baseValue(x) {}
private:
    int baseValue;
};

class Derived : public Base {
public:
    Derived(int x, int y) : Base(x), derivedValue(y) {}
private:
    int derivedValue;
};

• 析构函数：基类的析构函数也不会被自动继承，但如果基类有虚析构函数，派生类应定义自己的析构函数。这样可以确保正确释放资源。

class Base {
public:
    virtual ~Base() {} // 虚析构函数
};

class Derived : public Base {
public:
    ~Derived() {} // 自定义析构函数
};

4. 虚函数和多态

• 虚函数：基类的虚函数允许在派生类中重写（覆盖）这些函数，从而实现多态。多态允许通过基类指针或引用调用派生类的重写函数。

class Base {
public:
    virtual void show() {
        std::cout << "Base show" << std::endl;
    }
};

class Derived : public Base {
public:
    void show() override {
        std::cout << "Derived show" << std::endl;
    }
};

void display(Base* b) {
    b->show(); // 根据实际对象调用对应的 show 函数
}

int main() {
    Base b;
    Derived d;
    display(&b); // 输出 "Base show"
    display(&d); // 输出 "Derived show"
    return 0;
}

5. 继承的类型

• 单继承：一个类从一个基类继承。示例：class Derived : public Base {};

• 多继承：一个类从多个基类继承。示例：class Derived : public Base1, public Base2 {};

• 虚拟继承：解决多继承中的菱形继承问题。通过虚拟继承，确保从共享基类派生的子类只存在一个基类实例。

class Base {
public:
    int value;
};

class Derived1 : virtual public Base {};
class Derived2 : virtual public Base {};

class Final : public Derived1, public Derived2 {};

6. 继承的实践

• 接口继承：通过继承接口类（仅包含纯虚函数）来定义一个类的行为规范。
• 实现继承：通过继承来重用已有类的实现。

总结

• 继承允许类之间建立层次关系，促进代码重用和扩展。
• 继承有不同的访问控制方式（public、protected、private），影响派生类对基类成员的访问权限。
• 基类的构造函数和析构函数不会被继承，派生类需要自行定义。
• 使用虚函数和多态可以实现灵活的接口设计和动态方法调用。

理解继承机制对于设计高效、灵活和可维护的面向对象系统至关重要。