C++ 继承：面向对象编程的核心概念（二）

文章目录

[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. 多继承及其菱形继承问题](#7. 多继承及其菱形继承问题)
- [7.1 不同的继承方式](#7.1 不同的继承方式)
- [7.2 虚继承](#7.2 虚继承)
[8. 继承和组合](#8. 继承和组合)
[9. 总结](#9. 总结)

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派生类的私有和保护成员。

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)
{
	// 可以访问基类中_name，但是不能访问派生类中的
	cout << p._name << endl;
	cout << s._stuNum << endl;
} 

int main()
{
	Person p;
	Student s;
	// 编译报错：error C2248: "Student::_stuNum": ⽆法访问 protected 成员
	// 解决⽅案：Display也变成Student 的友元即可
	Display(p, s);

	return 0;
}

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。无论派生出多少个派生类，都只有⼀个static成员实例。

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，⽗派⽣类指定类域都可以访问静态成员
	cout << Person::_count << endl;
	cout << Student::_count << endl;

	return 0;
}

7. 多继承及其菱形继承问题

7.1 不同的继承方式

单继承：一个派生类只有一个直接基类时称这个继承关系为单继承。
多继承：一个派生类有两个或以上直接基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，先继承的基类在前面，后面继承的基类在后面，派生类成员再放到最后面。
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，像Java就直接不支持多继承，规避掉了这里的问题，所以实践中我们也是不建议设计出菱形继承这样的模型的。

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()
{
	// 编译报错：error C2385: 对"_name"的访问不明确
	Assistant a;
	a._name = "peter";
	// 需要显⽰指定访问哪个基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";
	return 0;
}

7.2 虚继承

如果非要使用菱形继承，也可以通过以下的方法解决：

方法1：虚拟继承。

cpp 复制代码

class Person
{
public :
	string _name; // 姓名
	/*int _tel;
	 *int _age;
      string _gender;
      string _address;*/
    // ...
};

// 使⽤虚继承Person类
class Student : virtual public Person
{
protected :
	int _num; //学号
};

// 使⽤虚继承Person类
class Teacher : virtual public Person
{
protected :
	int _id; // 职⼯编号
};

// 教授助理
class Assistant : public Student, public Teacher
{
protected :
	string _majorCourse; // 主修课程
};

int main()
{
	// 使⽤虚继承，可以解决数据冗余和⼆义性
	Assistant a;
	a._name = "peter";

	return 0;
}

说到底，只要多继承存在，菱形继承就不可避免，算是C++的设计缺陷之一。只能尽量避免使用菱形继承。

8. 继承和组合

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。类B继承类A。
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。类B中定义了类A的对象。
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，基类的内部细节对派生类可见。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。
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。
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。不过也不太那么绝对，类之间的关系就适合继承(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)也适合组合(has-a)，就用组合。

cpp 复制代码

// Tire(轮胎)和Car(⻋)更符合has-a的关系。所以 Car 里面直接定义 Tire 对象
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
};

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。所以 Benz和BMW 继承Car
// is-a。继承
class Benz : public Car {
public:
	void Drive() { cout << "好坐-舒适" << endl; }
};

template<class T>
class vector
{};

// stack和vector的关系，既符合is-a，也符合has-a
template<class T>
class stack : public vector<T>
{};

template<class T>
class stack
{
public :
	vector<T> _v; // has-a。组合
};

int main()
{
	return 0;
}

9. 总结

继承是C++面向对象编程中的重要概念，它允许我们通过复用和扩展已有的类来构建更复杂的程序。通过单继承、多继承和虚继承，C++ 提供了灵活的继承机制，使得代码的组织和维护更加方便。

希望本文能帮助你更好地理解C++中的继承机制。如果你有任何问题或建议，欢迎在评论区留言！