【C++】——继承（下）

9毫米的幻想2024-10-12 19:21

【C++】------继承（下）

  • [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 多继承](#7 多继承)
    • [7.1 继承模型](#7.1 继承模型)
    • [7.2 菱形继承的问题](#7.2 菱形继承的问题)
    • [7.3 虚继承](#7.3 虚继承)
    • [7.4 多继承中的指针偏移问题](#7.4 多继承中的指针偏移问题)
  • [8 组合与继承](#8 组合与继承)

5 继承与友元

友元关系不能被继承。即一个函数是父类的友元函数，但不是子类的友元函数。也就是说父类的友元不能访问子类的私有和保护成员

cpp 复制代码 
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);
	return 0;
}

这里出现了许多报错，但没关系，我们先看框出来的这一条

这条报错说缺少","，一般出现这种报错，而我们检查出并没有","的相关问题时，通常都是 类型出问题了，一般是我们没有定义某个类型但我们直接去使用就会出现这种报错 。

编译器遇到一个类型、变量、函数时都只会向上查找，这是为了提高编译速度

出现报错的原因是friend void Display(const Person& p, const Student& s);中我们使用了 S t u d e n t Student Student 类型，它的定义在下面。但 S t u d e n t Student Student 是 P e r s o n Person Person 的继承，又不可能将其放在 P e r s o n Person Person 的前面，我们可以在 P e r s o n Person Person 前加上 S t u d e n t Student Student 的前置声明

cpp 复制代码 
class Student;

解决这个问题后报错就少很多啦，我们再看看剩下的报错

这里就是友元函数的问题啦。 D i s p l a y ( ) Display() Display() 是 P e r s o n Person Person 的友元，但友元关系不能继承下来，因此 D i s p l a y ( ) Display() Display() 不是 S t u d e n t Student Student 的友元。解决方法也很简单，在 S t u d e n t Student Student 中加一个有元声明就好

cpp 复制代码 
//前置声明
class Student;

class Person
{
public :
	friend void Display(const Person& p, const Student& s);
protected:
	string _name; // 姓名
};
class Student : public Person
{
public:
	friend void Display(const Person& p, const Student& s);
protected :
	int _stuNum; // 学号
};

void Display(const Person& p, const Student& s)
{
	cout << p._name << endl;
	cout << s._stuNum << endl;
}

6 继承与静态成员

父类定义了 s t a t i c static 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 s t a t i c static static 成员实例。

而普通成员，假设父类有一个_name，子类继承下来也有另一个_name，但是他们两个_name不是同一个，各自是各自的。

我们来演示一下：

cpp 复制代码 
class Person
{
public :
	string _name;
	static int _count;
};

int Person::_count = 0;

class Student : public Person
{
protected :
	int _stuNum;
};

int main()
{
	Person p;
	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
	// 说明派⽣类继承下来了，⽗派⽣类对象各有⼀份
	cout << &p._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
	// 说明派⽣类和基类共⽤同⼀份静态成员
	cout << &p._count << endl;
	cout << &s._count << endl;

	// 公有的情况下，⽗类子类指定类域都可以访问静态成员
	cout << ++Person::_count << endl;
	cout << ++Student::_count << endl;

	// 也可以通过对象进行访问
	cout << ++p._count << endl;
	cout << ++s._count << endl;
	
	return 0;
}

运行结果：

虽然静态变量可以通过对象访问，但一般不这么做，大多数都是直接指定类域去访问

7 多继承

7.1 继承模型

  • 单继承：一个子类只有一个直接父类时，称为这个继承关系为单继承


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 。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，子类成员放在最后面


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 A s s i s t a n t Assistant Assistant 的对象中 P e r s o n Person Person 成员会有两份 。支持多继承就一定会有菱形继承，像 J a v a Java Java 就直接不支持多继承，规避掉了这里的问题，所以实践中我们是不建议设计出菱形继承这样的继承模型的


菱形继承

7.2 菱形继承的问题

菱形继承是很坑的，有数据冗余（浪费空间）和二义性（不知访问哪个）的问题，现实中不想被打就不要设计出菱形继承（多继承是没问题的，不要搞出菱形继承就行）。

我们通过代码来看一下菱形继承存在的问题

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
};

上述就是菱形继承， P e r s o n Person Person 成员在 A s s i s t a n t Assistant Assistant 对象中有两份。我们试着访问 P e r s o n Person Person 的成员 _ n a m e name name

cpp 复制代码 
int main()
{
	Assistant a;
	a._name = "peter";

	return 0;
}

我们需要指定访问那个父类成员的成员可以解决二义性的问题，但是数据冗余问题无法解决

cpp 复制代码 
int main()
{
	Assistant a;
	a.Student::_name = "xxx";
	a.Teacher::_name = "yyy";

	return 0;
}


虽然解决了二义性，但数据冗余问题无法解决，Person 有两份

不仅如此，因为数据冗余，导致菱形继承对象的大小特别大

cpp 复制代码 
int main()
{
	Assistant a;
	cout << sizeof(Assistant) << endl;
	return 0;
}

那么现实中有没有人设计出菱形继承呢？还真有，我们简单看一下


虽然但是，别学他

7.3 虚继承

为了解决菱形继承的问题，C++ 引入了虚继承的概念，新增关键字： v i r t u a l virtual virtual

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
};

注意：因为是Person有数据冗余和二义性，所以是 Student 和 Teacher 继承 Person 时是虚继承，加 virtual 关键字

cpp 复制代码 
int main()
{
	Assistant a;
	a._name = "peter";
	a.Student::_name = "xxx";
	a.Teacher::_name = "yyy";

	return 0;
}

加了虚继承后，就只有一份 P e r s o n Person Person 成员了，共用了。既可以直接访问也可以指定类域访问。

这里虽然监视窗口显示的是 3 个 P e r s o n Person Person，到那实际上他们是共用的。

其实库中的菱形继承也是用虚继承来解决的

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>
{};

那虚继承对 S t u d e n t Student Student 和 T e a c h e r Teacher Teacher 有什么影响吗？

底层的角度有一些影响，用的角度没有影响。从用的角度来说 S t u d e n t Student Student 和 T e a c h e r Teacher Teacher 就是一个单继承。 v i r t u a l virtual virtual 真正影响的是下面的 A s s i s t a n t Assistant Assistant

注： S t u d e n t Student Student 和 T e a c h e r Teacher Teacher 都要给虚继承，不能只给其中一个虚继承

那这样算不算菱形继承呢？

算的，菱形继承并不是看是否构成菱形，而是看某个类是否被重复继承，是否产生数据冗余和二义性。

那如果我们要加虚继承，该加在哪里呢？

B B B 和 C C C。因为虚继承是：谁会产生数据冗余和二义性，谁继承它时就要虚继承 。在 E E E 中是 A A A 有数据冗余二义性，所以 B B B、 C C C 继承 A A A 时使用虚继承

那能不能全部加上虚继承呢？ D D D 和 E E E 都加上

不要，毕竟是药三分毒。

总结：单继承和多继承可以用，但使用多继承时不要设计出菱形继承

7.4 多继承中的指针偏移问题

  • 下面说法中正确的是（）
    A：p1 == p2 == p2    B：p1 < p2 < p3    C：p1 == p3 != p2    D：p1 != p2 != p3    E：p2 == p3 != p1
cpp 复制代码 
class Base1 { public: int _b1; };
class Base2 { public: int _b2; };
class Derive : public Base2, public Base1 { public: int _d; };
int main()
{
	Derive d;
	Base1* p1 = &d;
	Base2* p2 = &d;
	Derive* p3 = &d;
	return 0;
}

要做对这道题，我们要知道下面两个知识点：

  • 子类给给父类的对象/指针/引用，会发生切片 ；子类对象给子类指针，指向的是整个子类对象，子类对象给父类指针，指向的是子类对象中父类的那一部分
  • 多继承对象在内存中的声明是先继承的基类在前⾯，后⾯继承的基类在后⾯，派⽣类成员在放到最后⾯

首先， p 3 p3 p3 指向开始肯定是没问题的。对 p 2 p2 p2：将子类对象给父类指针，其会指向子类中父类的那一部分 ， p 2 p2 p2 指向 B a s e 2 Base2 Base2，因为 B a s e 2 Base2 Base2 先继承，所以 p 2 p2 p2 也指向开始。 p 1 p1 p1 则指向子类对象 B a s e 1 Base1 Base1 的部分， p 1 p1 p1 不可能再指向开始，它发生了偏移。这题选 E

8 组合与继承

  • p u b l i c public public 继承是一种 i s is is- a a a 的关系。也就是说每个子类对象都是一个父类对象
  • 组合 是一种 h a s has has- a a a 的关系。假设 B B B 组合了 A A A，每个 B 对象都有一个 A 对象

什么意思呢？我举个例子大家就明白了

cpp 复制代码 
//组合
class Stack
{
public:
	//成员函数

private:
	vector<int> v;
};


//继承
class Stack : public vector<int>
{

};

我们再来看下 i s is is- a a a 与 h a s has has- a a a：

  • 组合是一种 h a s has has- a a a 的关系：栈有一个数组
  • 继承是一种 i s is is- a a a 的关系：栈是一个数组

  • 继承允许你根据父类的实现定义子类的实现。这种通过生成子类的复用通常称为白箱复用（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，对子类有很大的影响。子类和父类间的依赖关系很强，耦合度很高
  • 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类获得。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的封装

什么是黑什么是白呢？

测试中分为黑盒测试和白盒测试

  • 黑盒测试：指看不见里面的实现，也不需要看见你的实现。比如现在有一个新的 APP，我只需要从用户用的角度去测试。黑盒测试有些地方也叫功能测试
  • 白盒测试：白盒测试要了解其底层实现，从代码运行逻辑角度进行测试。
      
    白盒测试明显比黑盒测试更难

那是耦合度高好还是耦合度低好呢？肯定是耦合度低好

比如现在有两个模块，模块一有100个接口函数，且全部对模块二透明，那模块二就能使用模块一的任意多个函数接口来实现自己的功能。但如果模块一今天把这个函数的参数类型改了，明天吧那个函数的参数个数给改了，因为模块二是依赖模块一的，模块二也只能跟着改。

但如果模块一虽然有100个函数接口，但只提供5个最关键函数接口给模块二。这时，两模块之间的耦合度就大大降低，只要模块一不改那5个函数，其他95个函数随便改都不影响模块二。

所以软件工程中提出了一个低耦合、高内聚的概念。高内聚可以认为是一个模块里面关系越紧密越好， 没关系的就拿出去

所以两个类的关系是继承好还是组合好呢？明显是组合更好，因为继承关系下，父类的任何改动都可能会影响子类

  • 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。不过也不是那么绝对，类之间的关系更适合继承（ i s is is- a a 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（ i s is is- a a a）也适合组合（ h a s has has- a a a），就用组合。

比如： T i r e Tire Tire(轮胎) 和 C a r Car Car(车) 更符合 h a s has has- a a a 的关系

cpp 复制代码 
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"; // ⻋牌号
	Tire _t1; // 轮胎
	Tire _t2; // 轮胎
	Tire _t3; // 轮胎
	Tire _t4; // 轮胎
};

车 h a s has has- a a a 轮胎是正常的，但车 i s is is- a a a 轮胎就是错的

但 C a r Car Car 和 B M W BMW BMW / B e n z Benz Benz（宝马/奔驰）更符合 i s is is- a a a 的关系

cpp 复制代码 
class BMW : public Car 
{
public:
	void Drive() { cout << "好开-操控" << endl; }
};
// Car和BMW/Benz更符合is-a的关系
class Benz : public Car {
public:
	void Drive() { cout << "好坐-舒适" << endl; }
};

只能说宝马/奔驰 i s is is- a a a 车，不能说宝马/奔驰 h a s has has- a a a 车

cpp 复制代码 
//组合
class Stack
{
public:
	//成员函数

private:
	vector<int> v;
};


//继承
class Stack : public vector<int>
{

};

但既可以说：栈有一个数组，也可以说：栈是一个数组，这种情况下优先使用组合。

判断两个类型适合组合还是继承，就用 i s is is- a a a 和 h a s has has- a a a 来判断

好啦，本期关于 priority_queue 与仿函数 的知识就介绍到这里啦，希望本期博客能对你有所帮助。同时，如果有错误的地方请多多指正，让我们在 C++ 的学习路上一起进步！

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