本文主要介绍了继承（继承的概念及定义、基类和派生类间的转换、继承中的作用域、派生类的默认成员函数、继承与友元、继承与静态成员、多继承及其菱形继承问题、继承和组合），内容全由作者原创（无AI），并带有配图帮助博友们更好的理解，点个关注不迷路，下面进入正文~~
目录
[1.2 继承定义](#1.2 继承定义)
[1.2.1 定义格式](#1.2.1 定义格式)
[1.2.2 继承基类成员访问方式的变化](#1.2.2 继承基类成员访问方式的变化)
[1.3 继承类模板](#1.3 继承类模板)
[2. 基类和派生类间的转换](#2. 基类和派生类间的转换)
[3. 继承中的作用域](#3. 继承中的作用域)
[3.1 隐藏规则](#3.1 隐藏规则)
[3.2 继承作用域选择题](#3.2 继承作用域选择题)
[3.2.2 程序运行结果（A）](#3.2.2 程序运行结果（A）)
[4. 派生类的默认成员函数](#4. 派生类的默认成员函数)
[4.1 4个核心默认成员函数](#4.1 4个核心默认成员函数)
[4.2 实现不能被继承的类](#4.2 实现不能被继承的类)
[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 继承模型](#7.1 继承模型)
[7.2 虚继承](#7.2 虚继承)
[8. 继承和组合](#8. 继承和组合)
1.继承的概念及定义
1.1继承的概念
继承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
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;
}我们发现这两个类里面有很多相同的成员，当然也有不同的。可是重复定义这些成员很麻烦。
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
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;
cout << _age << endl;
}
protected:
string _name = "张三"; // 姓名
string _address; // 地址
string _tel; // 电话
private:
int _age = 18; // 年龄
};
class Student : public Person
{
public:
// 学习
void study()
{
identity();
// ...
//cout << _age << endl;
cout << _tel << endl;
}
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)
这个继承方式又分为三种：public继承，protected继承，privacy继承
访问限定符也分为三种：public访问，protected访问，privacy访问
1.2.2 继承基类成员访问方式的变化
|----------------|-----------------|-----------------|---------------|
| | public继承 | protected继承 | privacy继承 |
| 基类的public成员 | 派生类的public成员 | 派生类的protected成员 | 派生类的privacy成员 |
| 基类的protected成员 | 派生类的protected成员 | 派生类的protected成员 | 派生类的privacy成员 |
| 基类的privacy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 |
-
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还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。
-
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。
-
总结规则：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)，权限优先级：public > protected > private。
-
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。
-
实际开发一般只用public继承，极少、不推荐使用protected/private继承；这类继承下的成员仅能在派生类内部使用，代码扩展维护性很差。
cpp
// 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
};1.3 继承类模板
cpp
#define CONTAINER std::deque
namespace cyh
{
//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 CONTAINER<T>
{
public:
void push(const T& x)
{
CONTAINER<T>::push_back(x);
push_back(x);
}
void pop()
{
CONTAINER<T>::pop_back();
}
const T& top()
{
return CONTAINER<T>::back();
}
bool empty()
{
return CONTAINER<T>::empty();
}
};
int main()
{
cyh::stack<int> st;
st.push(1);
st.push(2);
st.push(3);
while (!st.empty())
{
cout << st.top() << " ";
st.pop();
}
return 0;
}注意：基类是类模板时，需要指定类域，否则编译报错找不到标识符。模板按需实例化，未使用的成员函数不会实例化，直接push_back会找不到。
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，该现象称为切片/切割：把派生类中属于基类的内存部分切出来，基类指针/引用只指向这部分内存。
基类对象不能直接赋值给派生类对象。
基类指针/引用可强制转换为派生类指针/引用，但只有该基类指针原本指向派生类对象时才安全；多态场景可使用RTTI的dynamic_cast做安全识别转换
cpp
class Person
{
//protected:
virtual void func()
{}
public:
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.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;
rp._name = "张三";
int i = 1;
double d = i;
const double& rd = i;
//2.父类对象不能赋值给子类对象，这里会编译报错
//sobj = (Student)pobj;
// 后面再细讲，这里简单了解一下
Student* ps1 = dynamic_cast<Student*>(pp);
cout << ps1 << endl;
pp = &pobj;
Student* ps2 = dynamic_cast<Student*>(pp);
cout << ps2 << endl;
return 0;
}
3. 继承中的作用域
3.1 隐藏规则
-
继承体系中，基类、派生类拥有互相独立的作用域。
-
基类与派生类存在同名成员时，派生类同名成员会屏蔽基类同名成员的直接访问，该现象叫隐藏；派生类内可通过基类::成员名显式访问基类同名成员。
-
成员函数构成隐藏仅要求函数名相同，参数列表无关。
-
工程规范：继承体系尽量不要定义同名成员，极易混淆。
cpp
// Student的_num和Person的_num构成隐藏关系，代码可运行但可读性差
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 继承作用域选择题
3.2.1A类、B类各有func函数，构成什么关系(B)
A. 重载 B. 隐藏 C.没关系
3.2.2 程序运行结果（A）
A. 编译报错 B. 运行报错 C. 正常运行
cpp
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;
};4. 派生类的默认成员函数
4.1 4个核心默认成员函数
C++有6个默认成员函数（不手动写编译器自动生成），派生类中生成规则：
-
派生类构造函数必须调用基类构造函数初始化基类成员；若基类无无参默认构造，派生类构造初始化列表必须显式调用基类构造。没有用初始化列表调用基类的构造，编译器会尝试调用基类的默认构造，但不存在，编译报错。
-
派生类拷贝构造必须调用基类拷贝构造，完成基类部分拷贝。
-
派生类operator=会隐藏基类赋值重载，派生类赋值重载内必须显式调用基类::operator=完成基类成员复制。如果不显示调用，会导致无限递归。
-
派生类析构执行完毕后，编译器自动调用基类析构，保证析构顺序：先派生、后基类。
-
对象初始化顺序：先构造基类，再构造派生类。
-
对象销毁析构顺序：先析构派生类，再析构基类。
-
编译器会将所有析构函数内部名统一处理为destructor()；基类析构不加virtual时，派生析构与基类析构构成隐藏。
cpp
class Person
{
public:
Person(const char* name = "xxx")
: _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, const char* addrss)
:Person(name)
, _num(num)
, _addrss(addrss)
{
}
// 严格说Student拷贝构造默认生成的就够用了
// 如果有需要深拷贝的资源，才需要自己实现
Student(const Student& s)
:Person(s)
, _num(s._num)
, _addrss(s._addrss)
{
// 深拷贝
}
// 严格说Student赋值重载默认生成的就够用了
// 如果有需要深拷贝的资源，才需要自己实现
Student& operator=(const Student& s)
{
if (this != &s)
{
// 父类和子类的operator=构成隐藏关系
Person::operator=(s);
_num = s._num;
_addrss = s._addrss;
}
return *this;
}
// 严格说Student析构默认生成的就够用了
// 如果有需要显示释放的资源，才需要自己实现
// 析构函数都会被特殊处理成destructor()
~Student()
{
// 子类的析构和父类析构函数也构成隐藏关系
// 规定：不需要显示调用，子类析构函数之后，会自动调用父类析构
// 这样保证析构顺序，先子后父，显示调用取决于实现的人，不能保证
// 先子后父
//Person::~Person();
//delete _ptr;
}
protected:
int _num = 1; //学号
string _addrss = "西安市高新区";
int* _ptr = new int[10];
};
int main()
{
Student s1("张三", 1, "西安市");
Student s2(s1);
Student s3("李四", 2, "咸阳市");
s1 = s3;
/*Person* ptr = new Person;
delete ptr;*/
return 0;
}4.2 实现不能被继承的类
方法1：基类构造函数私有。派生类构造必须调用基类构造，基类构造私有化后派生类无法访问，不能实例化对象。
方法2：C++11 final关键字修饰基类，禁止任何类继承。
cpp
// C++11
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
{
public:
void func4() { cout << "Derive::func4" << endl; }
};
int main()
{
Derive d;
return 0;
}5. 继承与友元
友元关系不能继承：基类的友元函数无法访问派生类的private/protected成员。
cpp
// 前置声明
class Student;
class Person
{
public:
// 友元关系不能被继承
friend void Display(const Person& p, const Student& s);
protected:
string _name; // 姓名
};
class Student : public Person
{
//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;
}
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static静态成员，整个继承体系共享同一份静态成员；无论派生多少子类，全局只有一个static实例。
cpp
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
// 说明子类继承下来了，父子类对象各有一份
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
// 说明子类和父类共用同一份静态成员
cout << &p._count << endl;
cout << &s._count << endl;
// 公有的情况下，父子类指定类域都可以访问静态成员
cout << Person::_count << endl;
cout << Student::_count << endl;
Person::_count++;
cout << p._count << endl;
cout << s._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。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,所以不建议设计出菱形继承这样的模型。
-
数据冗余：顶层公共父类会在中间子类中各存一份，派生类对象里重复多份公共成员；
-
访问二义性：直接访问公共父类成员时编译器分不清访问哪一份，编译报错。
cpp
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
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。
虚继承的关键字是virtual
语法：在中间子类继承公共基类时加 virtual
cpp
// 公共顶层父类
class Person
{
string _name;
};
// 虚继承Person
class Student : virtual public Person {};
// 虚继承Person
class Teacher : virtual public Person {};
// 多继承两个子类
class Assistant : public Student, public Teacher {};不加virtual：Student、Teacher各自独立持有一份Person；
加virtual：整个继承体系只保留唯一一份公共基类对象，由最底层派生类Assistant统一管理、构造。
底层靠虚基表+虚基指针实现，会有少量内存、性能开销。
cpp
class Person
{
public:
Person(const char* name)
:_name(name)
{}
string _name; // 姓名
/*int _tel;
int _age;
string _gender;
string _address;*/
// ...
};
class Student : virtual public Person
{
public:
Student(const char* name, int num = 0)
:Person(name)
,_num(num)
{}
protected:
int _num; //学号
};
class Teacher : virtual public Person
{
public:
Teacher(const char* name, int id = 1)
:Person(name)
, _id(id)
{}
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)
:Student(name1)
,Teacher(name2)
,Person(name3)
{}
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 = "小李";
//a.Teacher::_name = "老李";
//cout << sizeof(a) << endl;
//Student s;
Assistant a("张三", "李四", "王五");
return 0;
}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)也适合组合(has-a),就用组合。
cpp
// 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 = "陕ABIT00"; // 车牌号
// 轮胎
Tire t1, t2, t3, t4;
};
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;
}结语：
这篇文章全文由作者手写，图片由画图软件所制，无AI制作，希望各位博友能有所收获
欢迎各位博友的讨论，觉得不错的小伙伴，别忘了点赞关注哦~