C++：继承（概念及定义|作用域|基类与派生类转换|默认成员函数|与友元、静态成员关系|多继承|组合）

j_xxx404_2025-11-21 21:51

上篇文章：

C++：模板进阶|非类型模板参数|模板特化|模板分离编译|总结

目录

1.继承的概念及定义

1.1继承的概念

1.2继承定义

1.2.1定义格式

1.2.2继承基类成员访问方式的变化

1.3继承类模板

2.基类和派生类之间的转换

3.继承中的作用域

3.1隐藏规则

3.2考察继承作用域选择题

4.派生类的默认成员函数

[4.1 4个常见默认成员函数](#4.1 4个常见默认成员函数)

4.2实现一个不能被继承的类

5.继承与友元

6.继承与静态成员

7.多继承及其菱形继承问题

7.1继承模型

7.2虚继承

7.3多继承中指针偏移问题

7.4IO库中的菱形虚拟继承

8.继承和组合

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。以前我们接触了函数层次的复用，而继承是类设计层次的复用。

下面我们看到没有继承之前设计了两个类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多余的。而对于他们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，此处更适合分类设计。

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 
};
int main()
{
	return 0;
}

将公共成员都放到Person类中，Student和teacher都继承Person，就可以复用这些成员：

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

Person是基类，也称作父类，Student是派生类，也称作子类。

1.2.2继承基类成员访问方式的变化

  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是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。
  1. 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。

  1. 通过上述表格会发现，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

  2. 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，不过最好显示的写出继承方式。

  3. 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。

1.3继承类模板

注意在调用成员函数时，需要指定类域：

复制代码 
namespace xxx
{
	//template<class T>
	//class vector
	//{};

	template<class T>
	class stack : public 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()
{
	xxx::stack<int> st;
	st.push(1);
	st.push(2);
	st.push(3);

	while (!st.empty())
	{
		cout << st.top() << " ";
		st.pop();
	}
	return 0;
}

2.基类和派生类之间的转换

当我们把一个类型的对象赋给另一个类型的指针或引用时，存在类型转换，中间会产生临时变量，所以需要加const：

复制代码 
int main()
{
	int i = 1;
	double d = i;
	const double& rd = i;

	string s1 = "sssss";
	const string& s1 = "sssss";

	return 0;
}

但在Public继承中，就是一个特殊处理的例外，派生类对象可以赋值给基类的指针/基类的引用，而不需要加const，这里的指针和引用绑定是派生类对象中的基类部分：

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 s;
	Person p = s;
	Person& rp = s;

	return 0;
}

如下图，此处意味着一个基类的指针或引用，可能指向基类对象，也可能指向派生类对象：

派生类对象赋值给基类对象是通过基类的拷贝构造函数或者赋值重载函数完成的，这个过程就像派生类自己定义部分成员切掉了一样，所以也被叫做切割或者切片：

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引用，但必须是基类的指针指向派生类对象时才安全。如果基类是多态类型，可以使用RTTI（Run-Time Type Information）的dynamic_cast来进行识别后进行安全转换（后续文章会讲）。

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 显示访问）

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，继承体系里面最好不要定义同名的成员

复制代码 
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 << _num << endl;
		cout << Person::_num << endl;
	}
protected:
	int _num = 999; // 学号 
};

int main()
{
	Student s;
	s.Print();

	return 0;
};

3.2考察继承作用域选择题

1.A和B类中两个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

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;
};

答案：B 、A

4.派生类的默认成员函数

4.1 4个常见默认成员函数

共有6个默认成员函数，但我们只关注上图中常见的前面四个。那么在派生类中，这几个默认成员函数是怎样生成的呢？

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。

复制代码 
class Person
{
public:
	Person(const char* name = "peter")//基类默认构造
		: _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
{
protected:
	int _num; //学号 
	string _address; //地址
};

//继承的基类成员变量(整体对象) + 自己的成员变量(遵循普通的规则，与类和对象部分一样)
//默认生成的构造，派生类自己的成员，内置类型不确定，自定义类型调用默认构造，基类部分调用默认构造

int main()
{
	Student s;
	return 0;
}

当基类没有默认构造函数时：

复制代码 
class Person
{
public:
	Person(const char* name)
		: _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 
};

//本质可以把派生类当作多了一个自定义类型成员变量(基类)的普通类
class Student : public Person
{
public:
	Student(const char* name = "张三", int num = 18, const char* address = "地球")
		:Person(name)//显示调基类的构造
		,_num(num)
		,_address(address)
	{ }
protected:
	int _num; //学号 
	string _address; //地址
};

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=必须调用基类的operator=完成基类的复制。需要注意的是派生类operator=隐藏了基类的operator=，所以显示调用基类的operator=，需要指定基类作用域。

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。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。

5.派生类对象初始化先调用基类构造再调派生类构造。

6.派生类对象析构清理先调用派生类析构再调基类的析构。

7.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。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。

复制代码 
class Person
{
public:
	Person(const char* name)
		: _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 
};

//本质可以把派生类当作多了一个自定义类型成员变量(基类)的普通类
class Student : public Person
{
public:
	Student(const char* name = "张三", int num = 18, const char* address = "地球")
		:Person(name)//显示调基类的构造
		,_num(num)
		,_address(address)
	{ 
		cout << "Student()" << endl;
	}

	Student(const Student& s)
		:Person(s)//传一个派生类对象
		,_num(s._num)
		,_address(s._address)
	{
		//涉及深拷贝，需要自己实现
	}

	Student& operator=(const Student& s)
	{
		if (this != &s)
		{
			//operator=(s);//此处蕴含了一个隐藏
			Person::operator=(s);
			_num = s._num;
			_address = s._address;
		}
		return *this;
		//涉及深拷贝，需要自己实现
	}

	~Student()
	{
		//不用显示调用基类析构，编译器会在派生类析构结束后自动调用析构
		//Person::~Person();
		//...
		cout << "~Student()" << endl;
	}

protected:
	int _num; //学号 
	string _address; //地址
	int* _ptr;
};

//本质可以把派生类当做多了一个自定义类型成员变量(基类)的普通类，跟普通类原则基本一样
//派生类一般要自己实现构造，不需要显示写析构、拷贝构造，赋值重载
//除非派生类有深拷贝的资源需要处理

int main()
{
	Student s1;
	
	return 0;
}

4.2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。

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。

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。

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)
{
	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。

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，我们需要避免设计出菱形继承这样的模型。

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

为解决数据冗余和二义性，引入虚继承

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

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

//class Teacher : public Person
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 
};

int main()
{
	Assistant a;
	a._name = "peter";
 
	a.Student::_name = "xxx";
	a.Teacher::_name = "yyy";
	return 0;
}

初始化会按照声明的顺序完成，当第一遍走Person之后，就不会再调用Student和Teacher的Person

7.3多继承中指针偏移问题

选出正确的（）

A：p1 == p2 == p3 B：p1 < p2 < p3

C：p1 == p3 != p2 D：p1 != p2 != p3

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;
}

答案：C

7.4IO库中的菱形虚拟继承

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>
{};

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。

复制代码 
// 继承 is-a
class stack : public vector
{ };

// 组合 has-a
class stack
{
	vector _v;
};

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。

++软件设计：高内聚，低耦合++

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。

复制代码 
// 轮胎和车更符合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 = "xxxxxx"; // 车牌号

	Tire _t1; // 轮胎
	Tire _t2;
	Tire _t3;
	Tire _t4;
};

// Car和BMW/Benz更符合is-a的关系 
class BMW : public Car
{
public:
	void Drive()
	{
		cout << "操控" << endl;
	}
};

class Benz : public Car
{
public:
	void Drive()
	{
		cout << "舒适" << endl;
	}
};

// 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;
}

本章完。

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