【C++】16.继承

Ronin3052025-05-12 12:41

C++三大特性：封装，继承，多态

在前面的章节中，我们讲过了封装，也就是通过类和访问修饰符来进行封装。

接下来我们就来认识一下新的特性------继承

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，它允许我们在保持原有类特性的基础上进行扩展，增加方法(成员函数)和属性(成员变量)，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。以前我们接触的函数层次的复用，继承是类设计层次的复用。

下面我们看到没有继承之前我们设计了两个类Student和Teacher，Student和Teacher都有姓名/地址/电话/年龄等成员变量，都有identity身份认证的成员函数，设计到两个类里面就是冗余的。当然他们也有一些不同的成员变量和函数，比如老师独有成员变量是职称，学生的独有成员变量是学号；学生的独有成员函数是学习，老师的独有成员函数是授课

cpp 复制代码 
class Student
{
public:
	// 进入校园/图书馆/实验室刷二维码等身份认证
	void identity()
	{
		// ...
	}
	// 学习
	void study()
	{
		// ...
	}
protected:
	string _name = "peter"; // 姓名
	string _address; // 地址
	string _tel; // 电话
	int _age = 18; // 年龄
	int _stuid; // 学号
};
class Teacher
{
public:
	// 进入校园/图书馆/实验室刷二维码等身份认证
	void identity()
	{
		// ...
	}
	// 授课
	void teaching()
	{
		//...
	}
protected:
	string _name = "张三"; // 姓名
	int _age = 18; // 年龄
	string _address; // 地址
	string _tel; // 电话
	string _title; // 职称
};

上面代码中，大部分信息是公共的我们写了两遍，会让代码变得冗余。

那怎么办呢？下面我们公共的成员都放到Person类中，Student和teacher都继承Person，就可以复用这些成员，就不需要重复定义了，省去了很多麻烦

cpp 复制代码 
class Person
{
public:
	// 进入校园/图书馆/实验室刷二维码等身份认证
	void identity()
	{
		cout << "void identity()" << _name << endl;
	}
protected:
	string _name = "张三"; // 姓名
	string _address; // 地址
	string _tel; // 电话
	int _age = 18; // 年龄
};
class Student : public Person
{
public:
	// 学习
	void study()
	{
		// ...
	}
protected:
	int _stuid; // 学号
};
class Teacher : public Person
{
public:
	// 授课
	void teaching()
	{
		//...
	}
protected:
	string title; // 职称
};
int main()
{
	Student s;
	Teacher t;
	s.identity();
	t.identity();
	return 0;
}

1.2 继承定义

1.2.1 定义格式

下面我们看到Person是基类，也称作父类。Student是派生类，也称作子类。(因为翻译的原因，所以既叫基类/派生类，也叫父类/子类)

1.2.2 继承基类成员访问方式的变化

I. 类成员访问控制

类成员的访问修饰符决定了成员的作用域和可见性：

访问修饰符 类内部 派生类 类外部（对象） 说明
public ✔️ ✔️ ✔️ 完全开放
protected ✔️ ✔️ ❌ 仅限类及派生类内部访问
private ✔️ ❌ ❌ 仅限类内部访问
II. 继承方式的影响

继承方式决定了基类成员在派生类中的访问权限变化：

基类成员权限 public 继承 protected 继承 private 继承
public public（保持） protected（降级） private（降级）
protected protected（保持） protected（保持） private（降级）
private 不可访问 不可访问 不可访问
关键规则：

  1. 基类私有成员：无论继承方式如何，派生类均无法直接访问。

  2. 继承方式作用 ：调整基类 public/protected 成员在派生类中的最高访问权限。

  3. 默认继承方式 ：C++ 中 class 默认为 private 继承，struct 默认为 public 继承。

III. 注意事项

  1. 友元（friend）：友元关系不继承，需在派生类中重新声明。

  2. 访问重写 ：可通过 using Base::member; 显式调整成员在派生类中的访问权限。

  3. 实际使用 ：优先选择 public 继承（符合"is-a"关系），慎用 protected/private 继承（通常用组合替代）。

总结与补充：

  1. 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。

  2. 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。

  3. 实际上面的表格我们进行一下总结会发现，基类的私有成员在派生类都是不可见。基类的其他成员在派生类的访问方式 == Min(成员在基类的访问限定符，继承方式)，public > protected > private。

  4. 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，不过最好显式的写出继承方式。

  5. 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，因为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。

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 // protected 继承 ------ Print() 和 _name 均为 protected, _age 不可访问
//class Student : private Person // private 继承 ------ Print() 和 _name 均为 private, _age 不可访问
class Student : public Person //public 继承 ------ Print() 是 public, _name 是 protected, _age 不可访问
{
protected:
	int _stunum = 1; // 学号
};

1.3 继承类模板

cpp 复制代码 
namespace Ro
{
	//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 std::vector<T>
	{
	public:
		void push(const T& x)
		{
			// 基类是类模板时，需要指定一下类域，
			// 否则编译报错:error C3861: "push_back": 找不到标识符
			// 因为stack<int>实例化时，也实例化vector<int>了
			// 但是模版是按需实例化，push_back等成员函数未实例化，所以找不到
			vector<T>::push_back(x);
			//push_back(x);
		}
		void pop()
		{
			vector<T>::pop_back();
		}
		const T& top()
		{
			return vector<T>::back();
		}
		bool empty()
		{
			return vector<T>::empty();
		}
	};
}
int main()
{
	Ro::stack<int> st;
	st.push(1);
	st.push(2);
	st.push(3);
	while (!st.empty())
	{
		cout << st.top() << " ";
		st.pop();
	}
	return 0;
}

至于什么是is-a，什么是has-a，我们下面一点会讲到

2. 基类和派生类间的转换

• public继承的派生类对象 可以赋值给 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。寓意把派生类中基类那部分切出来，基类指针或引用指向的是派生类中切出来的基类那部分。

• 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(Run-Time Type Information)的dynamic_cast 来进行识别后进行安全转换。（ps：这个我们后面类型转换章节再单独专门讲解，这里先提一下）

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
};
int main()
{
	Student sobj;
	// 1.派生类对象可以赋值给基类的指针/引用
	Person* pp = &sobj;
	Person& rp = sobj;
	// 派生类对象可以赋值给基类的对象是通过调用后面会讲解的基类的拷贝构造完成的
	Person pobj = sobj;
	//2.基类对象不能赋值给派生类对象，这里会编译报错
	//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;  //这就是越界访问的情况
	return 0;
}

赋值转换总结

场景 是否合法 说明
派生类对象 → 基类对象 ✔️ 发生对象切割
基类对象 → 派生类对象 ❌ 需要强制类型转换（可能不安全）
基类指针 → 派生类指针 ❌ 需使用 dynamic_cast 或 static_cast
派生类指针 → 基类指针 ✔️ 天然支持（向上转型）
基类引用 → 派生类引用 ❌ 需使用 dynamic_cast
派生类引用 → 基类引用 ✔️ 天然支持（向上转型）

最佳实践

涉及到的多态和智能指针后面会讲

  1. 优先使用指针/引用传递对象

    避免对象切割，保持多态性。

  2. 基类析构函数声明为虚函数

    确保通过基类指针删除派生类对象时能正确析构。

  3. 谨慎使用强制类型转换

    尽量通过设计避免类型转换，尤其是 dynamic_cast。

  4. 使用 override 关键字

    明确派生类函数覆盖基类虚函数。

3. 继承中的作用域

3.1 隐藏规则：

  1. 在继承体系中基类和派生类都有独立的作用域。

  2. 派生类和基类中有同名成员，派生类成员将屏蔽基类对同名成员的直接访问，这种情况叫隐藏。 （在派生类成员函数中，可以使用 基类::基类成员 显式访问）

  3. 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。

  4. 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
};
int main()
{
	Student s1;
	s1.Print();
	return 0;
};

3.2 考察继承作用域相关选择题

1. A和B类中的两个func构成什么关系（）

A. 重载 B. 隐藏 C.没关系

2. 下面程序的编译运行结果是什么（）

A. 编译报错 B. 运行报错 C. 正常运行

cpp 复制代码 
class A
{
public:
	void fun()
	{
		cout << "func()" << endl;
	}
};
class B : public A
{
public:
	void fun(int i)
	{
		cout << "func(int i)" << i << endl;
	}
};
int main()
{
	B b;
	b.fun(10);
	b.fun();
	return 0;
};

解析：

1.我们知道函数重载的核心条件之一就是在同一作用域，这里派生类和基类都有他们独立的作用域，所以不可能构成函数重载，正确答案是B---隐藏，因为不管参数是否相同，只需要函数名相同就会构成隐藏

2.由于函数名相同，在派生类中隐藏了基类的func，所以在派生类中找不到无参的func，会导致编译报错

4. 派生类的默认成员函数

4.1 4个常见默认成员函数

6个默认成员函数，默认的意思就是指我们不写，编译器会帮我们自动生成一个。

那么在派生类中，这几个成员函数是如何生成的呢？

派生类默认会继承以下成员函数（若未显式定义）：

  • 默认构造函数

  • 拷贝构造函数

  • 拷贝赋值运算符

  • 移动构造函数（C++11 起，这里先不做讲解）

  • 移动赋值运算符（C++11 起，这里先不做讲解）

  • 析构函数

4.2 派生类的构造函数

I. 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。

II. 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式调用。

III. 派生类对象初始化先调用基类构造再调派生类构造。

cpp 复制代码 
class Person
{
public:
    //基类构造函数
	Person(const char* name = "peter")
		: _name(name)
	{
		cout << "Person()" << endl;
	}
	
protected:
	string _name; // 姓名
};
class Student : public Person
{
public:
    //派生类构造函数
	Student(const char* name, int num)
		: Person(name) //基类不是默认构造，必须显式调用基类的构造初始化基类的成员
		, _num(num)
	{
		cout << "Student()" << endl;
	}
	
protected:
	int _num; //学号
};
int main()
{
	Student s1("jack", 18);
	return 0;
}

注意：就算在初始化列表中先初始化派生类的成员，再初始化基类的成员，编译器也会跳过派生类的成员，先去初始化基类的成员

4.3 派生类的拷贝构造

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

cpp 复制代码 
class Person
{
public:
    //基类构造函数
	Person(const char* name = "peter")
		: _name(name)
	{
		cout << "Person()" << endl;
	}
    
    //基类的拷贝构造
    Person(const Person& p)
	    : _name(p._name)
    {
	    cout << "Person(const Person& p)" << endl;
    }
	
protected:
	string _name; // 姓名
};
class Student : public Person
{
public:
    //派生类构造函数
	Student(const char* name, int num)
		: Person(name) //基类不是默认构造，必须显式调用基类的构造初始化基类的成员
		, _num(num)
	{
		cout << "Student()" << endl;
	}

	//派生类的拷贝构造
    Student(const Student& s)
	    : Person(s)
	    , _num(s._num)
    {
	    cout << "Student(const Student& s)" << endl;
    }

protected:
	int _num; //学号
};
int main()
{
	Student s1("jack", 18);
    Student s2(s1);
	return 0;
}

4.4 派生类的赋值重载

派生类的operator=必须要调用基类的operator=完成基类的赋值。需要注意的是派生类的 operator=隐藏了基类的operator=，所以显式调用基类的operator=，需要指定基类作用域

cpp 复制代码 
class Person
{
public:
	//基类的构造函数
	Person(const char* name = "peter")
		: _name(name)
	{
		cout << "Person()" << endl;
	}

	//基类的拷贝构造
	Person(const Person& p)
		: _name(p._name)
	{
		cout << "Person(const Person& p)" << endl;
	}

	//基类的赋值重载
	Person& operator=(const Person& p)
	{
		cout << "Person operator=(const Person& p)" << endl;
		if (this != &p)
			_name = p._name;
		return *this;
	}

protected:
	string _name; // 姓名
};
class Student : public Person
{
public:
    //派生类构造函数
	Student(const char* name, int num)
		: Person(name) //基类不是默认构造，必须显式调用基类的构造初始化基类的成员
		, _num(num)
	{
		cout << "Student()" << endl;
	}

	//派生类的拷贝构造
	Student(const Student& s)
		: Person(s)
		, _num(s._num)
	{
		cout << "Student(const Student& s)" << endl;
	}

	//派生类的赋值重载
	Student& operator = (const Student& s)
	{
		cout << "Student& operator= (const Student& s)" << endl;
		if (this != &s)
		{
			// 构成隐藏，所以需要显式调用
			Person::operator =(s);
			_num = s._num;
		}
		return *this;
	}
	 
protected:
	int _num; //学号
};
int main()
{
	Student s1("jack", 18);
	cout << endl;
	Student s2(s1);
	cout << endl;
	Student s3("rose", 17);
	s1 = s3;
	cout << endl;
	return 0;
}

4.5 派生类的析构函数

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（前面章节讲解过后定义的先析构，这里同样适用）

派生类对象析构清理先调用派生类析构再调基类的析构。

cpp 复制代码 
class Person
{
public:
	//基类的构造函数
	Person(const char* name = "peter")
		: _name(name)
	{
		cout << "Person()" << endl;
	}

	//基类的析构函数
	~Person()
	{
		cout << "~Person()" << endl;
	}
protected:
	string _name; // 姓名
};
class Student : public Person
{
public:
	//派生类的构造函数
	Student(const char* name, int num)
		: Person(name) //基类不是默认构造，必须显式调用基类的构造初始化基类的成员
		, _num(num)
	{
		cout << "Student()" << endl;
	}
	 
	//派生类的析构函数
	~Student()
	{
		cout << "~Student()" << endl;
	}
protected:
	int _num; //学号
};
int main()
{
	Student s1("jack", 18);
	return 0;
}

注意：因为多态中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(这个我们多态章节会讲解)。那么编译器会对析构函数名进行特殊处理，处理成destructor()，所以基类析构函数不加 virtual的情况下，派生类析构函数和基类析构函数构成隐藏关系。

4.6 实现一个不能被继承的类

方法1：基类的构造函数私有，派生类的构成必须调用基类的构造函数，但是基类的构成函数私有化以后，派生类看不见就不能调用了，那么派生类就无法实例化出对象。

但是这样做之后，在类外基类也没办法构造了，属于是大家都别玩了，那还有没有别的简单又强势方法呢？

答案是有的兄弟有的

方法2：C++11新增了一个final关键字，final修改基类，派生类就不能继承了。

cpp 复制代码 
// C++11的方法
class Base final
{
public:
	void func5() { cout << "Base::func5" << endl; }
protected:
	int a = 1;
private:
	// C++98的方法
	/*Base()
	{}*/
};
class Derive :public Base
{
	void func4() { cout << "Derive::func4" << endl; }
protected:
	int b = 2;
};
int main()
{
	Base b;
	Derive d;
	return 0;
}

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私有和保护成员

cpp 复制代码 
class Student;//先声明，避免Person的友元 Display 的参数不认识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;
	// 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，基类，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，基类，派生类指定类域都可以访问静态成员，并且你变我也变
    Student::_count = 3;
    cout << Person::_count << endl;
    cout << Student::_count << endl;
    return 0;
}

7. 多继承及其菱形继承问题

7.1 继承模型

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，派生类成员在放到最后面。

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";
	// 需要显式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

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，性能也会有一些损失，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，如Java。

cpp 复制代码 
class Person
{
public:
	string _name; // 姓名
};
// 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;
}

虚继承，在继承方式前加上virtual关键字，就可以解决数据冗余和二义性的问题，尽管指定类域如

a.Student::_name = "xxx"修改，每个类中的_name都会被修改

给出下面一段代码，思考一下这里a对象中_name是"张三", "李四", "王五"中的哪一个？

cpp 复制代码 
class Person
{
public:
	Person(const char* name)
		:_name(name)
	{}
	string _name; // 姓名
};
class Student : virtual public Person
{
public:
	Student(const char* name, int num)
		:Person(name)
		, _num(num)
	{
		cout << _name << endl;
	}
protected:
	int _num; //学号
};
class Teacher : virtual public Person
{
public:
	Teacher(const char* name, int id)
		:Person(name)
		, _id(id)
	{
		cout << _name << endl;
	}
protected:
	int _id; // 职工编号
};
// 不要去玩菱形继承
class Assistant : public Student, public Teacher
{
public:
	Assistant(const char* name1, const char* name2, const char* name3)
		:Person(name3)
		, Student(name1, 1)
		, Teacher(name2, 2)
	{
		cout << _name << endl;
	}
protected:
	string _majorCourse; // 主修课程
};
int main()
{
	// 思考一下这里a对象中_name是"张三", "李四", "王五"中的哪一个？
	Assistant a("张三", "李四", "王五");
	cout << a._name << endl;
	return 0;
}

答案是王五，因为这里是菱形虚拟继承，具体原因如下：

  1. 虚基类 Person 优先初始化

    • 根据虚继承规则，Person 的构造函数由最终派生类 Assistant 直接调用。

    • Assistant 的初始化列表中显式调用 Person(name3)，即 Person("王五")。

    • 只有这一次 Person 的构造被实际执行。

  2. Student 和 Teacher 的构造被跳过对 Person 的初始化

    • Student 和 Teacher 的初始化列表中虽然调用了 Person(name)，但由于 Person 是虚基类，这些调用在构造 Assistant 时被忽略。

    • Student 和 Teacher 中的 Person 子对象共享 Assistant 初始化的唯一 Person 实例。

  3. 最终 _name 的值

    • 所有路径的 _name 都指向 Assistant 初始化的 "王五"。

我们可以设计出多继承，但是不建议设计出菱形继承，因为菱形虚拟继承以后，无论是使用还是底层都会复杂很多。当然有多继承语法支持，就一定存在会设计出菱形继承，像Java是不支持多继承的，就避开了菱形继承。

7.3 多继承中指针偏移问题

下面说法正确的是( )

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;
}

1. 内存布局分析

假设 int 占 4 字节且无内存对齐优化，Derive 对象的内存布局如下：

复制代码 
+----------------+  
| Base1::_b1     |  ← p1 和 p3 指向此处  
+----------------+  
| Base2::_b2     |  ← p2 指向此处  
+----------------+  
| Derive::_d     |  
+----------------+

  • p1（Base1*） ：指向 Base1 子对象的起始地址（即整个对象的起始地址）。

  • p2（Base2*） ：指向 Base2 子对象的起始地址（偏移 4 字节）。

  • p3（Derive*） ：指向整个对象的起始地址（与 p1 相同）。

2. 指针值对比

指针 地址值 关系
p1（Base1*） &d（起始地址） p1 == p3
p2（Base2*） &d + 4（偏移 4 字节） p1 < p2，p2 < p3 + 8
p3（Derive*） &d（起始地址） p3 == p1

我们也可以将指针打印出来验证一下

所以答案选C

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。

• 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。

• 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)也适合用组合(has-a)

归纳总结：

1. 基本定义

特性 继承（Inheritance） 组合（Composition）
核心思想 "is-a" 关系：派生类是基类的一种特殊类型。 "has-a" 关系：类中包含其他类的对象作为成员。
代码复用 通过继承基类的成员和方法实现复用。 通过调用成员对象的方法实现复用。
耦合度 高耦合：派生类与基类紧密绑定。 低耦合：类与成员对象通过接口交互。
设计目标 强调类之间的层次关系和多态性。 强调模块化和功能组合。

2. 代码示例

cpp 复制代码 
// Tire(轮胎)和Car(车)更符合has-a的关系
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 = "赣A12345"; // 车牌号
	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
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;
};
int main()
{
	return 0;
}

3. 核心区别

(1) 设计关系

  • 继承 ：强调 "is-a" 关系（子类是父类的特化）。

    • 例如：Bird 是一种 Animal，Student 是一种 Person。

  • 组合 ：强调 "has-a" 关系（类拥有其他类的功能）。

    • 例如：Car 有 Engine 和 Wheel，Computer 有 CPU 和 Memory。

(2) 代码复用方式

  • 继承：直接复用基类的属性和方法（通过派生）。

  • 组合：通过调用成员对象的方法间接复用功能。

(3) 灵活性

  • 继承：

    • 优点：天然支持多态，适合扩展基类行为（如重写虚函数）。

    • 缺点：派生类与基类强耦合，基类修改可能影响所有派生类。

  • 组合：

    • 优点 ：灵活替换成员对象（例如更换引擎类型），符合 开闭原则。

    • 缺点：需要显式调用成员对象的方法，无法直接复用接口。

(4) 内存与性能

  • 继承：派生类对象包含完整的基类子对象，内存占用可能更大。

  • 组合：成员对象独立存在，内存占用更模块化，但可能因间接访问略慢。

4. 优缺点对比

场景 继承 组合
代码复用 直接复用基类代码 需显式调用成员对象的方法
多态支持 ✅ 天然支持（虚函数） ❌ 需依赖接口类或抽象类
耦合度 高（派生类依赖基类实现） 低（通过接口交互）
扩展性 修改基类可能影响派生类 可动态替换成员对象（如依赖注入）
设计复杂度 高（多重继承、菱形继承问题） 低（模块化设计）
适用场景 明确的层次关系，需要多态 功能组合，模块化设计

5. 经典设计原则

组合优于继承（Composition over Inheritance）

  • 动机：减少耦合，提高灵活性。

  • 实践：优先用组合实现功能复用，仅在需要多态或严格满足 "is-a" 关系时使用继承。

6. 如何选择？

场景 选择继承 选择组合
需要多态（虚函数） ✅ ❌
功能模块需要动态替换 ❌ ✅
类之间的关系是严格的 "is-a" ✅ ❌
类之间的关系是 "has-a" 或 "uses-a" ❌ ✅
避免基类与派生类的强耦合 ❌ ✅

7. 总结

  • 继承：

    • 适合建立类层次结构，实现多态。

    • 缺点是耦合度高，容易导致复杂继承链（如菱形继承）。

  • 组合：

    • 适合模块化设计，提高灵活性和可维护性。

    • 缺点是需要更多代码委托成员对象的方法。

实际开发中，优先使用组合，仅在必要时使用继承，尤其是在需要多态或严格符合 "is-a" 关系的场景。

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