【C++】继承 - 技术栈

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文章目录

[1. 继承的概念及定义](#1. 继承的概念及定义)
- [1.1 继承的概念](#1.1 继承的概念)
- [1.2 继承定义](#1.2 继承定义)
- - [1.2.1 定义格式](#1.2.1 定义格式)
  - [1.2.2 继承关系和访问限定符](#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](#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换](#2. 基类和派生类对象赋值转换)
[3. 继承中的作用域](#3. 继承中的作用域)
[4. 派生类的默认成员函数](#4. 派生类的默认成员函数)
[5. 继承与友元](#5. 继承与友元)
[6. 继承与静态成员](#6. 继承与静态成员)
[7. 复杂的菱形继承及菱形虚拟继承](#7. 复杂的菱形继承及菱形虚拟继承)
[8. 继承的总结和反思](#8. 继承的总结和反思)

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。

举个例子：在学校里面要定义教师类和学生类还有宿管、保安这些类，他们里面都有的成员变量写在了多个类里面就会显得代码冗余，此时就可以用到继承。

直接来看代码：以教师和学生为例

cpp 复制代码

#include<iostream>
using namespace std;


class Person
{
public:
	void Print()
	{
		cout << "name:" << _name << endl;
		cout << "age:" << _age << endl;
	}
protected:
	string _name = "peter"; // 姓名
	int _age = 18; // 年龄
};


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 继承定义

1.2.1 定义格式

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

1.2.3 继承基类成员访问方式的变化

总结：

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。

不能直接使用父类的私有成员，但是可以间接使用。

这里父类的在，但是不能直接用：

可以间接使用：

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)，public > protected> private 。（取权限小的那个）
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。

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换

相似类型可以进行转换，int和double都是用来表示数据大小，只是精度不一样。

还有单参数构造指出隐式类型转换。

但是类型装换会产生临时变量，如果给引用这里是不能通过的，临时变量具有常性得加一个const。

不相关的类型就不能转化。

想要把子类对象给父类是可以的，但必须是公有继承。

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。

而切割和切片这里不产生临时对象。

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。（之后会介绍）

每一个子类对象都是一个特殊的父类。

切割和切片赋值兼容。

子类的对象可以给父类，给引用就是把父类的对象变成引用的别名，给指针就是就指向父类的一部分。

3. 继承中的作用域

在继承体系中基类和派生类都有独立的作用域。
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）
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。
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

class Person
{
public:
	void Print()
	{
		cout << "name:" << _name << endl;
		cout << "age:" << _age << endl;
	}
protected:
	string _name = "peter"; // 姓名'
	int _age = 18; // 年龄
	int _num = 0;
};


class Student : public Person
{
public:
	void func()
	{
		
		//Student中有两个_num
		//默认访问子类
		cout << _num<< endl;
	}
protected:
	int _stuid; // 学号
	int _num = 1;
};

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

int main()
{
	Student st;
	st.func();

	return 0;
}

默认访问子类的：

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？

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。
派生类对象析构清理先调用派生类析构再调基类的析构。
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(后面会提)。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。

cpp 复制代码

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:


protected:
	int _num;
	string _str;//学号
};


int main()
{
	Student s;

	return 0;
}

如果父类有默认构造，子类中会把父类成员当做一个整体，在子类不写构造时，会调父类的默认构造。

如果父类没有默认构造，就报错：

拷贝构造，对内置类型完成值拷贝，对自定义类型调用它的拷贝构造，父类会调用父类的拷贝构造。

我们没写拷贝构造，看看编译器是怎么执行的：

显示的调用父类的拷贝构造，要把父类那部分切出来，这里直接传s，子类对象可以赋值给父类对象。

赋值构造

如果没有指明作用域，它和父类是同名函数，会构成隐藏，优先调用自己的，就会死循环。

所以这里得加上指定作用域：

子类的析构也会隐藏父类，因为后续多态的处理，析构函数的名字会被统一处理成destructor。

在子类中析构父类，会多调用一次父类的析构：

在子类析构时候结束的时候会自动调用父类的析构。

构造先父后子，析构先子后父。

5. 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

cpp 复制代码

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;
}

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

不能访问父类的友元：

想要访问父类的友元，那么直接让这个函数也成为子类的友元：

一个类可以同时是多个类的友元函数。

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 。

父类的静态成员属于当前类，也属于当前类的所有派生类。

通过地址来看看到底count存的是不是一份：

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;

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 << &Person::_count << endl;
	cout << &Student::_count << endl;

	return 0;
}

看看地址就知道是一份：

7. 复杂的菱形继承及菱形虚拟继承

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：从下面的对象成员模型构造，可以看出菱形继承有数据冗余 和二义性 的问题。

在Assistant的对象中Person成员会有两份。

直接来看代码：

cpp 复制代码

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
};

int main()
{
	
	Assistant a;
	a._name = "peter";
	
	a.Student::_name = "xxx";
	a.Teacher::_name = "yyy";
}

这样会有二义性无法明确知道访问的是哪一个

可以用域作用限定符来解决：

但是数据冗余还是没有解决。

为了解决这个问题提出了虚继承。

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。

这时候二义性就解决了。

cpp 复制代码

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

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

class Teacher : virtual  public Person
{
protected:
	int _id; // 职工编号
};
class Assistant : public Student, public Teacher
{
protected:
	string _majorCourse; // 主修课程
};

int main()
{
	
	Assistant a;
	a._name = "peter";
	
	a.Student::_name = "xxx";
	a.Teacher::_name = "yyy";
}

cpp 复制代码

class A
{
public:
	int _a;
};

class B : public A
{
public:
	int _b;
	int _b1;
	int _b2;

};

class C : public A
{
public:
	int _c;
};

class D : public C, public B
{
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;
}

此时d里面有两份a

这个就是D对象，菱形继承模型。

来看看菱形虚拟继承：

cpp 复制代码

class A
{
public:
	int _a;
};

//class B : public A
class B : virtual public A
{
public:
	int _b;
	int _b1;
	int _b2;

};

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

D对象菱形虚拟继承，把_a放在了公共区域，既没有放在B也没有放在C。这里存了a的偏移量，为了切片的时候方便，切片的时候就得去找之前的_a。

会把A叫做虚基类，虚基类放在最下面，变成公共偏移量来计算虚基类的位置。

多继承其实本身并没有什么问题，但是多继承就一定会可能写出菱形继承。

总之：在实践中可以设计多继承，但是切记不能设计菱形继承，因为太复杂了，容易出各种问题。

继承公共基类的叫做多继承。

8. 继承的总结和反思

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。
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。
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。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。

（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。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。

（6）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。

把B作为A的一个成员变量叫做组合，组合也是一种复用。

一般在做开发设计的时候要求低耦合，高内聚。

低耦合：类和类之间、模块和模块之间关系不那么紧密，关联不高。

高耦合：类和类之间、模块和模块之间关系很紧密，关联度很高。

继承对我都是可用的，而组合对我都是直接可用的。

有问题请指出，大家一起进步吧！！！