C++ 继承(二)

悄悄敲敲敲2024-09-06 14:09

目录

[1. 实现一个不能被继承的类](#1. 实现一个不能被继承的类)

[2. 友元与继承](#2. 友元与继承)

3.继承与静态成员

4.多继承及其菱形继承问题

[(1). 继承模型](#(1). 继承模型)

[(2). 虚继承](#(2). 虚继承)

(2.1)虚继承解决数据冗余和二义性的原理

[(3). 多继承中指针偏移问题](#(3). 多继承中指针偏移问题)

[(4). IO库中的菱形虚拟继承](#(4). IO库中的菱形虚拟继承)

[5. 继承和组合](#5. 继承和组合)

1. 实现一个不能被继承的类

方法1：父类的构造函数私有，子类构成必须调用父类的构造函数，但是父类的构造函数私有后，子类就不能调用了。那子类将无法实例化处对象。

如下代码所示

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

using namespace std;
class Teacher
{
private:
	Teacher()
	{
		x = 1;
	}
	int x;
};

class Student: public Teacher
{
public:
	Student()
	{
		ss = 1;
	}
private:
	int ss;
};

因为父类构造函数不能调用出错

方法2：C++11中新增了final关键字，在父类，类名后加上final修饰子类就不能继承了

代码如下

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

using namespace std; 
class Teacher final
{
public:
	Teacher()
	{
		x = 1;
	}
private:
	int x;
};

class Student: public Teacher
{
public:
	Student()
	{
		ss = 1;
	}
private:
	int ss;
};

不可以将其当做基类(父类)

2. 友元与继承

友元关系是不能继承的，也就是说父类的友元不能访问子类私有和保护成员

代码如下

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

using namespace std; 

class Student;//提前声明否则友元函数定义找不到Student
class Teacher 
{
	
public:
	friend void playval( const Teacher& t, const Student& s);
	Teacher(int xx=11)
	{
		x = xx;
	}
private:
//protected:
	int x;
};

class Student: public Teacher
{
public:
	Student()
		:Teacher(11)
	{
		ss = 1;
	}
private:
	int ss;
};

void playval(const Teacher& t,const Student& s )
{
	cout << t.x << endl;
	cout << s.ss << endl;
}


int main()
{
	Teacher t(16);
	Student s;
	playval(t, s);
}

结果如图，不能找到s的私有成员

当然子类的友元也不能访问父类的保护和私有成员

如下代码所示

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

using namespace std; 


class Teacher 
{
	
public:
	Teacher(int xx=11)
	{
		x = xx;
	}
private:
//protected:
	int x;
};

class Student: public Teacher
{
public:
	friend void inputval(const Teacher& t, const Student& s);
	Student()
		:Teacher(11)
	{
		ss = 1;
	}
private:
	int ss;
};

void inputval(const Teacher& t, const Student& s)
{
	cout << t.x << endl;
	cout << s.ss << endl;
}

int main()
{
	Teacher t(16);
	Student s;

	inputval(t, s);

	return 0;
}

结果如下图所示子类的友元函数找不到其父类的私有与保护成员

3.继承与静态成员

父类定义了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。

如下代码所示

cpp 复制代码 
#include<iostream>
using namespace std;

class Teacher
{
public:
	string _name;
	static int _count;
};
int Teacher::_count = 0;
class Student : public Teacher
{
protected:
	int _stuNum;
};
int main()
{
	Teacher t;
	Student s;
	// 这⾥的运⾏结果可以看到⾮静态成员_name的地址是不⼀样的 
	// 说明⼦类继承下来了，⽗⼦类对象各有⼀份 
	cout << &t._name << endl;
	cout << &s._name << endl;
	// 这⾥的运⾏结果可以看到静态成员_count的地址是⼀样的 
	// 说明⼦类和⽗类共⽤同⼀份静态成员 
	cout << &t._count << endl;
	cout << &s._count << endl;
	// 公有的情况下，⽗⼦类指定类域都可以访问静态成员 
	cout << Teacher::_count << endl;
	cout << Student::_count << endl;
	return 0;
}

运行结果如下

我们可以看到子类对象中的_name与父类对象中的_name地址不同，而子类对象与父类对象的_count地址是相同的。说明父类对象与子类对象共用一个静态成员。

4.多继承及其菱形继承问题

(1). 继承模型

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。

如下图

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，多继承对象在内存中的模型 是 先继承的父类在前面，后继承的父类在后面，子类成员在最后面。

如下图

在内存中的分布如下

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。支持多继承就一定会有菱形继承，实践中我们尽量不设计出菱形继承这样的模型

代码演示

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

using namespace std; 

class Person
{
public:
	string _name; // 姓名 
};
class Student : public Person
{
protected:
	int _num; 
};
class Teacher : public Person
{
protected:
	int _id; 
};
class headmaster : public Student, public Teacher
{
protected:
	string _Course; 
};

上述代码即为一个菱形继承

cpp 复制代码 
int main()
{
	// 编译报错: 对"_name"的访问不明确 
	headmaster a;
	a._name = "peter";
	return 0;
}

这样调用编译会报错

编译器不知道调用的是哪个父类中的_name

我们可以通过显式指定访问那个父类的成员来解决二义性的问题，但是无法解决数据冗余的问题

cpp 复制代码 
int main()
{
    //
	a.Student::_name = "xxx";
	a.Teacher::_name = "yyy";
	return 0;
}
(2). 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。但是要注意，虚拟继承不要在其他地方去使用。

cpp 复制代码 
using namespace std;

class Person
{
public:
	string _name; // 姓名 
};
class Student : virtual public Person
{
protected:
	int _num;
};
class Teacher : virtual public Person
{
protected:
	int _id;
};
class headmaster : public Student, public Teacher
{
protected:
	string _Course;
};

int main()
{
	headmaster h;
	h._name = "lisi";
	cout << h._name << endl;
	h.Student::_name = "l";
	cout << h._name << endl;
	h.Teacher::_name = "s";
	cout << h._name << endl;

	cout << &h._name << endl;
	cout << &h.Student::_name << endl;
	cout << &h.Teacher::_name << endl;

	return 0;
}

输出结果如下

可以看到这三个在内存中用了一个地址空间，这样解决了二义性和数据冗余的问题

(2.1)虚继承解决数据冗余和二义性的原理

如下代码

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

using namespace std;

class Person
{
public:
	int a;
};
class Student : virtual public Person
{
public:
	int _num;
};
class Teacher : virtual public Person
{
public:
	int _id;
};
class headmaster : public Student, public Teacher
{
public:
	int test;
};

int main()
{
	headmaster h;

	h.Student::a = 1;
	h.Teacher::a = 2;

	h._num = 3;
	h._id = 4;
	h.test = 5;

	return 0;
}

在内存中如下所示

我们上面提到过，多继承中，先继承的父类在前面后继承的父类在后面，子类成员放在最后面。我们这里可以看出headmaster对象中将Person放到了对象组成的最下面，这个Person同时属于Student和Teacher，那Student和Teacher如何去找到公共的Person呢？

这里是通过它们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Person。

内存2是p1指向的地址，内存3是p2指向的地址它们下面指针的指向是相同的

Teacher和Student自己定义的对象也可以通过这样来找到Person

如下

cpp 复制代码 
int main()
{
	Teacher t;
	Student s;

	t.a = 1;
	cout << t.a << endl;

	s.a = 2;
	cout << t.a << endl;
	cout << s.a << endl;
	return 0;
}

结果为

(3). 多继承中指针偏移问题

关于下面程序说法正确的是

A: p1==p2==p3 B: p1<p2<p3 C: P1==p3!=p2 D: p1!=p2!=p3

cpp 复制代码 
class Base1 { public: int _b1; };
class Base2 { public: int _b2; };
class Derive : public Base1, public Base2 { public: int _d; };
int main()
{
 Derive d;
 Base1* p1 = &d;
 Base2* p2 = &d;
 Derive* p3 = &d;
 
 return 0;
}

先继承的父类在前面，后继承的父类在后面，子类成员在最后面，所以p1与p3指向相同

选C

(4). IO库中的菱形虚拟继承
cpp 复制代码 
template<class CharT, class Traits = std::char_traits<CharT>>
class basic_ostream : virtual public std::basic_ios<CharT, Traits>
{};
template<class CharT, class Traits = std::char_traits<CharT>>
class basic_istream : virtual public std::basic_ios<CharT, Traits>
{};

5. 继承和组合

  1. public继承是一种is-a的关系。也就是说每个子类对象都是一个父类对象。

  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. 继承允许你根据父类的实现来定义子类的实现。这种通过生成子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，父类的内部细节对子类可见 。继承一定程度破坏了父类的封装 ，父类的改变，对子类有很大影响。子类和父类之间的依赖关系很强，耦合度高。

  4. 对象组合时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。

  5. 优先使用组合，而不是继承。实际尽量多去用组合，组合的耦合度低，代码维护性好。不过也不那么绝对，类之间的关系适合继承(is-a)那就用继承，另外要实现多态也必须要继承。类之间的关系既适合用继承(is-a)也适合用组合(has-a)，那就用组合。

  6. 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，性能也会由一些损失，所以最好不要设计出菱形继承。多继承可以认为是C++的缺陷之一，后来的一些编程语言都没有多继承比如Java

例如汽车类(car) 和 轮胎类(tire) 适合使用组合方式实现，动物类可以作为狗类的父类(继承思想)

这篇就到这里啦（づ￣3￣）づ╭❤～

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