【C++进阶】继承

Gogh902023-12-23 3:12

一、继承的基本概念及定义

1.1 继承的概念

继承的本质是代码的复用
比如：

学校的师生管理系统

有学生、老师、宿管阿姨等

每个人都有的信息名字、电话

身份证号、年龄、性别等

我们可以发现有些类型是具有共性的

如果每个类都去写，初始化时每个

都要初始化，代码就会冗余

写起来也很麻烦

于是可以将师生的共同信息提取出来

让子类去继承父类

cpp 复制代码 
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Person的成员函数+成员变量
就会变成子类的一部分
下面Student和Teacher就体现出了
复用Person的成员

cpp 复制代码 
class Student : public Person
{
protected:
 int _stuid; // 学号
};
cpp 复制代码 
class Teacher : public Person
{
protected:
 int _jobid; // 工号
};

Person是父类，也称作基类

Student是子类，也称作派生类

1.2 继承关系和访问限定符

1.3 继承基类成员访问方式的变化

红色方框为常用的

总结：

  1. 基类private成员在派生类中不可见
    不可见指基类的私有成员还是被继承到
    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
    等于Min(成员在基类的访问限定符，继承方式)
    public > protected > private

  3. 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

  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

  5. 在实际运用中一般都是使用public继承
    很少使用也不提倡使用protetced/private继承

二、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

  2. 基类对象不能赋值给派生类对象

把派生类中父类那部分切来赋值过去

代码实现

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <string>

using namespace std;

class Person
{
public:
	void Print()
	{
		cout << "name:" << _name << endl;
		cout << "age:" << _age << endl;
	}
protected: // 在子类可见(不能用)
// private: // 在子类不可见(不能用)
	string _name = "peter"; // 姓名
	int _age = 18; // 年龄
};

class Student : public Person // struct 默认公有继承,class默认私有继承
{
protected:
	int _stuid; // 学号
};

class Teacher : public Person
{
protected:
	int _jobid; // 工号
};

int main()
{
	Student s;
	Teacher t;
	s.Print();
	t.Print();

	double d = 1.1;
	int i = d; // 隐式类型转换,会有临时变量
	const int& ri = d; 

	Student s;
	Person p = s; // 子类赋值给父类是天然支持的,不存在类型转换发生;因为子类就是特殊的父类对象.只适用于公有继承
	Person& rp = s; // 中间没有产生临时变量
	Person* ptrp = &s; // 指针也可以玩

	return 0;
}

三、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

cpp 复制代码 
// 继承中的作用域
class Person
{
protected:
	string _name = "小李子"; // 姓名
	int _num = 11; // 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;
	}
protected: // 子类定义一个跟父类同名类型,访问的是子类类型.想访问父类需要指定作用域
	int _num = 999; // 学号
};

void Test()
{
	Student s1;
	s1.Print();
};

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;
	}
};

void Test2()
{
	B b;
	// b.fun(10);
	b.A::fun(); // 指定作用域,在继承体系里面最好不要定义同名的成员


};

// A: 两个fun构成函数重载
// B: 两个fun构成隐藏
// C: 编译报错
// D: 以上说法都不对

// 选B.不构成重载,子类和父类不在同一个作用域

int main()
{
	Test();
	Test2();

	return 0;
}

四、派生类的默认成员函数

  1. 派生类构造函数必须调用基类构造函数

    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. 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

cpp 复制代码 
// 派生类的默认成员函数
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:
	Student(const char* name, int num)
		: Person(name) // 不写默认调用父类缺省构造. 如果子类没写构造和析构会自动调用父类的构造和析构,写了还是调用父类的,需要指定父类初始化
		, _num(num)
	{
		cout << "Student()" << endl;
	}

	Student(const Student& s)
		: Person(s) // 不写不会调用父类的,要调需要指定.调用父类要求传一个父类对象,把子类传过去让父类自己去切片
		, _num(s._num)
	{
		cout << "Student(const Student& s)" << endl;
	}

	Student& operator=(const Student& s)
	{
		if (this != &s)
		{
			Person::operator=(s); // 跟父类重名隐藏,需要指定作用域,不然会调到自己陷入死循环
			_num = s._num;
		}
		cout << "Student& operator=(const Student& s)" << endl;

		return *this;
	}

	// 析构函数会被处理成destructor
	~Student()
	{
		Person::~Person();

		cout << "~Student()" << endl;
	}
	// 子类析构函数完成时,会自动调用父类析构函数,保证先析构子再析构父.如果先析构父,子类里的父成员就成野指针了

protected:
	int _num; //学号
};

void Test()
{
	Student s1("jack", 18);
		Student s2(s1);
	Student s3("rose", 17);
	s1 = s3;
}

int main()
{
	Student s1("张三", 18);
	//Student s2(s1);
	//Person p = s1; // 把子类赋值给父类调用的是父类的拷贝构造

	//s1 = s2;

	return 0;
}

五、继承与友元

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

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

cpp 复制代码 
class Person
{
public:
	Person() { ++_count; }
// protected:
	string _name; // 姓名
public:
	static int _count; // 统计人的个数。
};
int Person::_count = 0;

// 父类有个静态的_count,子类不会继承父类的静态count,但是可以访问;静态成员属于整个类
class Student : public Person
{
protected:
	int _stuNum; // 学号
};

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

int main()
{
	Person p;
	Student s;
	cout << &(p._name) << endl;
	cout << &(s._name) << endl;

	cout << &(p._count) << endl; // 子类继承后实例化对象的静态成员跟父类静态成员是同一个地址
	cout << &(s._count) << endl;

	// 算一下总共创建了多少个对象
	Graduate g1;
	Graduate g2;
	cout << Person::_count << endl; // 在父类的构造函数中++count就可以,因为子类创建对象必须调用父类构造函数
	cout << Graduate::_count << endl; // 静态成员是所有继承的派生类共享

	return 0;
}

六、菱形继承和菱形虚拟继承

单继承：一个子类只有一个直接父类时

称这个继承关系为单继承

多继承：一个子类有两个或以上

直接父类时称这个继承关系为多继承

菱形继承：菱形继承是多继承的一种特殊情况

菱形继承的问题：有数据冗余和二义性的问题
比如下面代码，数据冗余即D有两份A的数据
二义性即不知道要访问哪个
D要访问A的_a成员，他不知道是访问
从B那里继承A还是C那里继承的A

cpp 复制代码 
class A
{
public:
 int _a;
};

class B : public A
{
public:
 int _b;
};

class C : public A
{
public:
 int _c;
};
class D : public B, public C
{
public:
 int _d;
};

int main()
{
 D d;
 d.B::_a = 1;
 d.C::_a = 2;
 d._b = 3;
 d._c = 4;
 d._d = 5;
 return 0;
}

而虚拟继承可以解决菱形继承的
二义性和数据冗余的问题
在继承前面加上virtual

cpp 复制代码 
class A
{
public:
 int _a;
};
// class B : public A
class B : virtual public A
{
public:
 int _b;
};
// class C : public A
class C : virtual public A
{
public:
 int _c;
};
class D : public B, public C
{
public:
 int _d;
};

注意： 虚拟继承不要在其他地方去使用

七、继承和组合

  1. 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

  2. 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

  3. 优先使用对象组合，而不是类继承

  4. 继承允许你根据基类的实现来定义

    派生类的实现。继承一定程度破坏了

    基类的封装，基类的改变
    派生类和基类的依赖关系强，耦合度高

  5. 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。组合类之间没有很强的依赖关系
    耦合度低

  6. 实际尽量多去用组合
    组合的耦合度低，代码维护性好

cpp 复制代码 
// Car和BMW Car和Benz构成is-a的关系
   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
   
   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
   };

八、总结

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
以及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

笔试面试题

  1. 什么是菱形继承？菱形继承的问题是什么？
  2. 什么是菱形虚拟继承？如何解决数据冗余和二义性的
  3. 继承和组合的区别？什么时候用继承？什么时候用组合？

✨✨✨✨✨✨✨✨

本篇博客完，感谢阅读🌹

如有错误之处可评论指出

博主会耐心听取每条意见

✨✨✨✨✨✨✨✨

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