C++ 继承

Main. 242024-11-05 19:32

一. 继承的概念与定义

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。

cpp 复制代码 
class A
{
public:
     void Print()
     {
       cout << "name:" << _name << endl;
       cout << "age:" << _age << endl;
     }
protected:
     string _name = "peter"; 
     int _age = 18; 
};


// 继承后父类的A的成员（成员函数+成员变量）都会变成子类的一部分。这里体现出了
Student和Teacher复用了A的成员。我们使用监视窗口查看Student和Teacher对象，可
以看到变量的复用。调用Print可以看到成员函数的复用。
class Student : public A
{
protected:
     int _stuid; 
};

class Teacher : public A
{
protected:
     int _jobid;
};


int main()
{
    Student s;
    Teacher t;
    s.Print();
    t.Print();
    return 0;
}

1.2. 继承格式

继承格式：

class Student(派生类) : public(继承方式) Person(基类)

{

public:

int _studi;

int _major;

}

继承关系和访问限定符：

继承基类成员访问方式的变化：

|----------------|----------------|----------------|--------------|
| 类成员/继承方式 | public继承 | protected继承 | private继承 |
| 基类的public成员 | 派生类public成员 | 派生类protected成员 | 派生类private成员 |
| 基类的protected成员 | 派生类protected成员 | 派生类protected成员 | 派生类private成员 |
| 基类的private成员 | 在派生类中不可见 | 在派生类中不可见 | 在派生类中不可见 |

cpp 复制代码 
// 实例演示三种继承关系下基类成员的各类型成员访问关系的变化  
class Person
{
public :
     void Print ()
     {
     cout<<_name <<endl;
     }
protected :
     string _name ; // 姓名
private :
     int _age ; // 年龄
};


//class Student : protected Person
//class Student : private Person
class Student : public Person
{
protected :
     int _stunum ; // 学号
};

二. 基类和派生类对象的赋值转化

  • 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。
  • 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化赋值给派生类 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(Run- Time Type Information) 的 dynamic_cast 来进行识别后进行安全转换。
cpp 复制代码 
class Person
{
protected :
     string _name; // 姓名
     string _sex;  // 性别
     int _age; // 年龄
};


class Student : public Person
{
public :
     int _No ; // 学号
};


void Test ()
{
     Student sobj ;
     // 1.子类对象可以赋值给父类对象/指针/引用
     Person pobj = sobj ;
     Person* pp = &sobj;
     Person& rp = sobj;
    
     //2.基类对象不能赋值给派生类对象
     sobj = pobj;
    
    // 3.基类的指针可以通过强制类型转换赋值给派生类的指针
    pp = &sobj
    Student* ps1 = (Student*)pp; // 这种情况转换时可以的。
    ps1->_No = 10;
    
    pp = &pobj;
    Student* ps2 = (Student*)pp; // 这种情况转换时虽然可以，但是会存在越界访问的问题
    ps2->_No = 10;
}

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）。
  2. 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。
  3. 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 
// Student的_num和Person的_num构成隐藏关系，可以看出这样代码虽然能跑，但是非常容易混淆
class Person
{
protected :
     string _name = "小李子"; // 姓名
     int _num = 111;   // 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:
     int _num = 999; // 学号
};


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

四. 派生类的默认成员函数

  1. 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。
  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
  4. 派生类对象初始化先调用基类构造再调派生类构造。
  5. 派生类对象析构清理先调用派生类析构再调基类的析构。
  6. 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。 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 :
     Student(const char* name, int num)
     : Person(name )
     , _num(num )
     {
        cout<<"Student()" <<endl;
     }
 
     Student(const Student& s)
     : Person(s)
     , _num(s ._num)
     {
        cout<<"Student(const Student& s)" <<endl ;
     }
 
     Student& operator = (const Student& s )
     {
        cout<<"Student& operator= (const Student& s)"<< endl;
        if (this != &s)
         {
             Person::operator =(s);
             _num = s ._num;
         }
           return *this ;
     } 
 
     ~Student()
     {
        cout<<"~Student()" <<endl;
     }
protected :
     int _num ; //学号
};

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

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。

cpp 复制代码 
//类的声明，防止编译器在Person类中找不到Student类
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);
}

六. 继承与静态成员

基类定义了static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;

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

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

void TestPerson()
{
     Student s1 ;
     Student s2 ;
     Student s3 ;
     Graduate s4 ;
     cout <<" 人数 :"<< Person ::_count << endl;
     Student ::_count = 0;
     cout <<" 人数 :"<< Person ::_count << endl;
}

七. 菱形继承

7.1. 单继承

单继承：一个子类只有一个直接的父类的继承关系。

cpp 复制代码 
class A
{
private:
    int _a = 1; 
}

class B : public A
{
private:
    int _b = 2;
}

7.2. 多继承

多继承：一个子类有两个以及两个以上的父类的继承关系。

cpp 复制代码 
class A
{
private:
   int _a = 1;
}

class B
{
private:
    int _b = 2;
}

class C : public A, public B
{
private:
    int _c = 3;
}

7.3. 菱形继承

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。

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
};


void Test ()
{
// 这样会有二义性无法明确知道访问的是哪一个
     Assistant a ;
     a._name = "peter";

// 需要显示指定访问哪个父类的成员可以解决二义性问题，但是数据冗余问题无法解决
     a.Student::_name = "xxx";
     a.Teacher::_name = "yyy";
}

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。

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
};


void Test ()
{
     Assistant a ;
     a._name = "peter";
}
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