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一、前言
继承是 面向对象三大特性之一（封装、继承、多态），所有的面向对象（OO）语言都具备这三个基本特征，封装相关概念已经在《类和对象》系列中介绍过了，今天主要学习的是继承，即如何在父类的基础之上，构建出各种功能更加丰富的子
二、什么是继承 ?
什么是继承？是继承 -- 遗产 还是继承 -- 花呗？答案都不是，先来看看官方解释：
继承（inheritance）机制是 ----面向对象程序设计使代码可以复用的重要的手段，它允许程序员在保持原有基类（父类）特性的基础上进行扩展，增加功能，这样产生新的类，称为派生类（子类）
💢继承的概念💢
继承相关概念：
- 被继承对象：父类 / 基类 （
base） - 继承方：子类 / 派生类 （
derived）
继承的本质 就是 ------------ 复用代码
举个例子 : 假设我现在要设计一个校园管理系统，那么肯定会设计很多角色类，比如学生、老师、保安、保洁等等之类的。
设计好以后，我们发现，有些数据和方法是每个角色都有的，而有些则是每个角色独有的。
为了复用代码、提高开发效率，可以从各种角色中选出共同点，组成 基类，比如每个 人 都有姓名、年龄、联系方式等基本信息，而 教职工 与 学生 的区别就在于 管理与被管理，因此可以在 基类 的基础上加一些特殊信息如教职工号 表示 教职工，加上 学号 表示学生，其他细分角色设计也是如此
这样就可以通过 继承 的方式，复用 基类 的代码，划分出各种 子类
像上面共同拥有的数据和方法我们可以重新设计一个类Person ，然后让 Student 和 Teacher 去继承它，如下:
// 大众类 --- 基础属性
class Person
{
public:
Person(string name = string(), string tell = string(), int age = int())
:_name(name)
,_tell(tell)
,_age(age)
{}
void Print()
{
cout << "我的名字是 :" << _name << endl;
cout << "我的电话是 :" << _tell << endl;
cout << "我的年龄是 :" << _age << endl;
}
protected:
string _name; // 姓名
string _tell; // 电话
int _age; // 年龄
};
// 学生类 --- 派生/子属性
class Student : public Person
{
public:
Student(int stuId = 1578)
:Person("XAS","123456789",26)
,_stuId(stuId)
{
cout << "我是一个学生" << endl;
cout << "以下是我的个人信息 ：" << endl;
cout << endl;
cout << "我的学号为 :" << _stuId << endl;
}
protected:
int _stuId; // 学号
};
// 老师类 --- 派生/子属性
class Teacher : public Person
{
public:
Teacher(int workId = 2024916)
:Person("xas","987654321",26)
,_workId(workId)
{
cout << "我是一个老师" << endl;
cout << "以下是我的个人信息 ：" << endl;
cout << endl;
cout << "我的工号为 :" << _workId << endl;
}
protected:
int _workId; // 工号
};
int main()
{
Student s;
s.Print();
cout << "---------------------" << endl;
cout << "---------------------" << endl;
Teacher t;
t.Print();
return 0;
}继承后，父类的 Person 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 Person
💢继承的定义💢
了解完 继承相关概念 后，就可以开始学习 使用继承 了
🥝定义格式
格式如下: Person 是 父类，也称作基类; Student 是 子类，也称作派生类。
格式为 ：子类 : 继承方式 父类，比如 class a : public b 就表示 a 继承了 b，并且还是 公有继承
注：Java 中的继承符号为 extern，而 C++ 中为 :
🍇继承权限
继承有权限的概念，分别为：公有继承（public）、保护继承（protected）、私有继承（private）
没错，与 类 中的访问 限定修饰符 一样，不过这些符号在这里表示 继承权限
简单回顾下各种限定符的用途
- 公有 public：公开的，任何人都可以访问
- 保护 protected：保护的，只有当前类和子类可以访问
- 私有 private：私有的，只允许当前类进行访问
权限大小：公有 > 保护 > 私有
保护 protected 比较特殊，只有在 继承 中才能体现它的价值，否则与 私有 作用一样
此时我们发现 ---- 访问权限：三种 继承权限：三种
根据排列组合，可以列出以下多种搭配方案
| 父类成员 / 继承权限 | public | protected | private |
父类的 public 成员 |
外部可见，子类中可见 | 外部不可见，子类中可见 | 外部不可见，子类中可见 |
父类的 protected 成员 |
外部不可见，子类中可见 | 外部不可见，子类中可见 | 外部不可见，子类中可见 |
父类的 private 成员 |
都不可见 | 都不可见 | 都不可见 |
注：所谓的--外部--其实就是 子类对象
总结：
- 无论是哪种继承方式，父类中的
private成员始终不可被 [子类 / 外部] 访问；当外部试图访问父类成员时，依据min(父类成员权限, 子类继承权限)，只有最终权限为public时，外部才能访问 - 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。
如何证明呢？ 通过一下的代码，我们来验证上面的结论！！
// 父类
class A
{
public:
int _a;
protected:
int _b;
private:
int _c;
};
// 子类
class B : public A
{
public:
B()
{
cout << _a << endl;
cout << _b << endl;
cout << _c << endl;
}
};
int main()
{
// 外部（子类对象）
B b;
b._a;
}- public 继承
- protected 继承
- private 继承
之所以说
C++的继承机制设计复杂了，是因为protected和private继承时的效果一样
其实 C++ 中搞这么多种情况（9种）完全没必要，实际使用中，最常见到的组合为 public : public 和 protected : public
如何优雅的使用好 ---- 继承权限 ？
对于只想自己类中查看的成员，设为 private，对于想共享给子类使用的成员，设为 protected，其他成员都可以设为 public
比如在张三家中，张三家的房子面积允许公开，家庭存款只限家庭成员共享，而个人隐私数据则可以设为私有
class Home
{
public:
int area = 500; //500 平米的大房子
};
class Father : public Home
{
protected:
int money = 50000; //存款五万
private:
int privateMoney = 100; //私房钱，怎能公开？
};
class Zhangsan : public Father
{
public:
Zhangsan()
{
cout << "我是张三" << endl;
cout << "我知道我家房子有 " << area << " 平方米" << endl;
cout << "我也知道我家存款有 " << money << endl;
cout << "但我不知道我爸爸的私房钱有多少" << endl;
}
};
class Xiaoming
{
public:
Xiaoming()
{
cout << "我是小明" << endl;
cout << "我只知道张三家房子有 " << Home().area << " 平方米" << endl;
cout << "其他情况我一概不知" << endl;
}
};
int main()
{
Zhangsan z;
cout << "================" << endl;
Xiaoming x;
return 0;
}
三、基类与派生类对象的赋值转换
在继承中，允许将 子类 对象直接赋值给 父类，但不允许 父类 对象赋值给 子类
- 这其实很好理解，儿子以后可以当父亲，父亲还可以当儿子吗？
并且这种 赋值 是非常自然的，编译器直接处理，不需要调用 赋值重载 等函数
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。
(1) 子类对象可以赋值给父类对象
//基类
class Person
{
public:
string _name; // 姓名
string _sex; // 性别
int _age; // 年龄
};
//派生类
class Student : public Person
{
public:
int _id;
};
int main()
{
Person p;
Student s;
s._name = "张三";
s._sex = "男";
s._age = 20;
s._id = 8888;
p = s; // 子类对象赋值给父类对象
return 0;
}
通过调式可以看到，为什么没有把 id 赋值过去呢?
这里有个形象的说法叫切片或者切割，相当于把派生类中父类那部分切来赋值过去，如图所示:
(2) 子类对象可以赋值给父类指针
//基类
class Person
{
public:
string _name; // 姓名
string _sex; // 性别
int _age; // 年龄
};
//派生类
class Student : public Person
{
public:
int _id;
};
int main()
{
Student s;
s._name = "张三";
s._sex = "男";
s._age = 20;
s._id = 8888;
Person* p = &s;
return 0;
}
可以看到，当父类对象是一个指针的时候，照样可以赋值过去：
子类对象赋值给父类指针切片图：
(3) 子类对象可以赋值给父类引用
//基类
class Person
{
public:
string _name; // 姓名
string _sex; // 性别
int _age; // 年龄
};
//派生类
class Student : public Person
{
public:
int _id;
};
int main()
{
Student s;
s._name = "张三";
s._sex = "男";
s._age = 20;
s._id = 8888;
Person& rp = s;
return 0;
}
可以看到，当父类对象是一个引用的时候，也可以赋值过去：
子类对象赋值给父类引用切换图片：
(4) 父类对象不能赋值给子类对象
//基类
class Person
{
public:
string _name; // 姓名
string _sex; // 性别
int _age; // 年龄
};
//派生类
class Student : public Person
{
public:
int _id;
};
int main()
{
Student s;
Person p;
s = p;
return 0;
}
编译会报错：
四、继承的作用域
在继承体系中 基类 和 派生类 都有独立的作用域，如果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。
代码示例: 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。
// 基类
class Person
{
protected:
string _name = "Edison"; // 姓名
int _num = 555; // 身份证号
};
// 派生类
class Student : public Person
{
public:
void Print()
{
cout << "姓名:" << _name << endl;
cout << "学号:" << _num << endl;
}
protected:
int _num = 888; // 学号
};
int main()
{
Student s1;
s1.Print();
return 0;
}
运行可以看到，访问的是子类中的_num (类似于局部优先的原则)
那么如果我想访问父类中的_num 呢 ? 可以使用基类 :: 基类成员显示的去访问 :
// 基类
class Person
{
protected:
string _name = "Edison"; // 姓名
int _num = 555; // 身份证号
};
// 派生类
class Student : public Person
{
public:
void Print()
{
cout << "姓名:" << _name << endl;
cout << " 身份证号:" << Person::_num << endl;
}
protected:
int _num = 888; // 学号
};
int main()
{
Student s1;
s1.Print();
return 0;
}
可以看到，此时就是访问的父类中的 _num
还有一点需要注意的是 : 如果是成员函数的隐藏，只需要函数名相同就构成隐藏。
// 基类
class A
{
public:
void fun()
{
cout << "A::func()" << endl;
}
};
// 派生类
class B : public A
{
public:
void fun(int i)
{
cout << "B::func()" << endl;
cout << "func(int i)->" << i << endl;
}
};
int main()
{
B b;
b.fun(10);
return 0;
}
可以看到，默认是去调用子类的 fun() 函数，因为成员函数满足函数名相同就构成隐藏。
如果想调用父类的 fun() 还是需要指定作用域
// 基类
class A
{
public:
void fun()
{
cout << "A::func()" << endl;
}
};
// 派生类
class B : public A
{
public:
void fun(int i)
{
cout << "B::func()" << endl;
cout << "func(int i)->" << i << endl;
}
};
int main()
{
B b;
b.A::fun();
return 0;
}
运行可以看到，此时就是调用父类中的 fun()
注意 ：B 中的 fun 和 A 中的 fun 不是构成函数重载，而是隐藏 ！函数重载的要求是在同一作用域里面！！
另外，在实际中在继承体系里面最好不要定义同名的成员。
五、派生类中的默认成员函数
派生类（子类）也是 类，同样会生成 六个默认成员函数（用户未定义的情况下）
不同于单一的 类，子类 是在 父类 的基础之上创建的，因此它在进行相关操作时，需要为 父类 进行考虑
这里我们只以下面的两个类为基础，讨论四类默认成员函数：构造函数、拷贝构造、赋值运算符重载、析构函数
class Person
{
public:
Person(const std::string name = std::string(), const int age = 18, const int sex = 1)
: _name(name)
, _age(age)
, _sex(sex)
{
std::cout << "Person()" << std::endl;
}
Person(const Person& p)
: _name(p._name)
, _age(p._age)
, _sex(p._sex)
{
std::cout << "Person(const Person& p)" << std::endl;
}
Person& operator= (const Person& p)
{
std::cout << "operator= (const Person& p)" << std::endl;
if (this != &p)
{
_name = p._name;
}
return *this;
}
~Person()
{
std::cout << "~Person()" << std::endl;
}
protected:
std::string _name;
int _age = 18;
int _sex = 1;
};
class Student : public Person
{
public:
protected:
long long _st_id;
};
💢默认成员函数的调用 💢
🔥构造函数与析构函数🔥
int main()
{
Student st;
return 0;
}
output：
Person() // s1 的构造
~Person() // s1 的析构
说明了，派生类的默认构造函数和默认析构函数都会 -----自动调用基类的构造和析构
🔥拷贝构造🔥
int main()
{
Student st1;
Student st2(st1);
return 0;
}
output:
Person() // s1 的构造函数
Person(const Person& p) // s2 拷贝构造
~Person() // s2 的析构函数
~Person() // s1 的析构函数
说明了，派生类的默认拷贝构造会自动调用基类的拷贝构造
🔥赋值运算符重载 🔥
int main()
{
Student st1, st2;
st1 = st2;
return 0;
}
output：
Person() // s1 的拷贝构造
Person() // s2 的拷贝构造
operator= (const Person& p) // 赋值重载
~Person() // s2 的析构函数
~Person() // s1 的析构函数
说明了，派生类的默认赋值运算符重载会自动调用基类的赋值运算符重载
实际上，我们可以将派生类的成员分成三部分：基类成员、内置类型成员、自定义类型成员
继承相较于我们以前学的类和对象，可以说就是多了基类那一部分
当调用派生类的默认成员函数时，对于基类成员都会调用对应基类的默认成员函数来处理
💢显示成员函数的调用 💢
🔥构造函数 🔥
当实现派生类的构造函数时，就算不显示调用基类的构造，系统也会自动调用基类的构造：
class Student : public Person
{
public:
Student(long long st_id = 111)
: _st_id(st_id)
{
std::cout << "Student()" << std::endl;
}
protected:
long long _st_id;
};
int main()
{
Student st;
return 0;
}
output:
Person()
Student()
~Person()
如果需要显示的调用基类的构造函数，应该这样写：
Student(long long st_id = 111)
: _st_id(st_id)
, Person("xas", 18)
{
std::cout << "Student()" << std::endl;
}
特别注意：
Person("xas", 18)如果放在初始化列表，那就使显式调用基类的构造函数；如果放在函数体内，那就使创建一个基类的匿名对象
🔥拷贝构造 🔥
当实现派生类的拷贝构造时，如果没有显式调用基类的拷贝构造，那么系统就会自动调用基类的构造
class Student : public Person
{
public:
Student(long long st_id = 111)
: _st_id(st_id)
, Person("xas", 18)
{
std::cout << "Student()" << std::endl;
}
Student(const Student& s)
: _st_id(s._st_id)
{
std::cout << "Student(const Student& s)" << std::endl;
}
protected:
long long _st_id;
};
int main()
{
Student st1;
Student st2(st1);
return 0;
}
output：
Person()
Student()
Person() //系统自动调用了基类的构造
Student(const Student& s)
~Person()
~Person()
也可以像显示调用构造函数一样显式调用基类的拷贝构造：
Student(const Student& s)
: Person(s)
, _st_id(s._st_id)
{
std::cout << "Student(const Student& s)" << std::endl;
}
🔥赋值运算符重载 🔥
在实现派生类的赋值运算符重载时，如果没有显式调用基类的赋值运算符重载，系统也不会自动调用基类的赋值运算符重载
class Student : public Person
{
public:
Student(long long st_id = 111)
: _st_id(st_id)
, Person("xas", 18)
{
std::cout << "Student()" << std::endl;
}
Student& operator= (const Student& s)
{
std::cout << "operator= (const Student& s)" << std::endl;
if (this != &s)
{
_st_id = s._st_id;
}
return *this;
}
protected:
long long _st_id;
};
int main()
{
Student st1, st2;
st1 = st2;
return 0;
}
output:
Person()
Student()
Person()
Student()
operator= (const Student& s)
~Person()
~Person()
因此，在实现派生类的赋值运算符重载时，必须显示调用基类的赋值运算符重载：
Student& operator= (const Student& s)
{
std::cout << "operator= (const Student& s)" << std::endl;
if (this != &s)
{
Person::operator=(s); //由于基类和派生类的赋值运算符重载构成隐藏，因此要用 :: 指定类域
_st_id = s._st_id;
}
return *this;
}
🔥析构函数🔥
在实现派生类的析构函数时，不要显式调用基类的析构函数，系统会在派生类的析构完成后自动调用基类的析构
class Student : public Person
{
public:
Student(long long st_id = 111)
: _st_id(st_id)
, Person("xas", 18)
{
std::cout << "Student()" << std::endl;
}
~Student()
{
std::cout << "~Student()" << std::endl;
}
protected:
long long _st_id;
};
int main()
{
Student st1;
return 0;
}
output:
Person()
Student()
~Student()
~Person()
- 和前面的默认成员函数不同，在实现派生类的析构时，基类的析构不能显式调用
- 这是因为，如果显示调用了基类的析构，就会导致基类成员的资源先被清理，如果此时派生类成员还访问了基类成员指向的资源就，就会导致野指针问题
- 因此，必须保证析构顺序为先子后父，保证数据访问的安全
六、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，只能访问自己的私有和保护成员。
下面代码中，Display 函数是基类 Person 的友元，但是 Display 函数不是派生类 Student 的友元，也就是说 Display 函数无法访
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; // 可以访问
cout << s._stuNum << endl; // 无法访问
}
int main()
{
Person p;
Student s;
Display(p, s);
return 0;
}
可以看到运行会报错：
如果想让 Display 函数也能够访问派生类Student 的私有和保护成员，只需要在派生类Student 当中进行友元声明。
class Student;
class Person
{
public:
friend void Display(const Person& p, const Student& s); // 声明Display是Person的友元
protected:
string _name; // 姓名
};
class Student : public Person
{
public:
friend void Display(const Person& p, const Student& s); // 声明Display是Student的友元
protected:
int _stuNum; // 学号
};
void Display(const Person& p, const Student& s)
{
cout << p._name << endl; // 可以访问
cout << s._stuNum << endl; // 可以访问
}
int main()
{
Person p;
Student s;
Display(p, s);
return 0;
}
七、继承与静态成员
如果基类中定义了static 静态成员,则整个继承体系里面只有一个这样的成员。 无论派生出多少个子类,都只有一个 static 成员实例。
下面代码中，在基类 Person 当中定义了静态成员变量 _ count, 派生类 Student 和 Graduate 继承了Person, 但是，在整个继承体
// 基类
class Person
{
public:
Person() { ++_count; }
protected:
string _name; // 姓名
public:
static int _count; // 统计人的个数。
};
// 静态成员在类外面定义
int Person::_count = 0;
// 派生类
class Student : public Person
{
protected:
int _stuNum; // 学号
};
// 派生类
class Graduate : public Student
{
protected:
string _seminarCourse; // 研究科目
};
int main()
{
Student s1;
Student s2;
Student s3;
Graduate s4;
Person s;
cout << " 人数 :" << Person::_count << endl;
cout << " 人数 :" << Student::_count << endl;
cout << " 人数 :" << s4._count << endl;
return 0;
}
我们定义了5个对象，那么每定义一个对象都会去调用一次++ _count ，打印以后可以看到，这几个对象里面的 _count 都是一样的:
同时，我们还可以打印一下地址，可以看到也是同-个:
总结: 关于父类中的静态成员，子类继续下来以后都是同一个，类似于“传家宝"。
八、菱形继承
💧 单继承💧
一个子类只有一个直接父类时称这个继承关系为单继承
💧 多继承💧
一个子类有两个或以上直接父类时称这个继承关系为多继承
💧 菱形继承💧
C++支持多继承，即支持一个子类继承多个父类，使其基础信息更为丰富，但凡事都有双面性，多继承 在带来巨大便捷性的同时，也带来了个巨大的坑：菱形继承问题
🍍概念
首先
C++允许出现多继承的情况，如下图所示
这样看很正常是吧，但如果出现以下这种 重复继承 的情况，就比较麻烦了
此时 普通人X 会纠结于使用哪一个 不用吃饭 的属性！这对于编译器来说，是一件无法处理的事
🍉现象
将上述概念转化为代码，观察实际现象
注：多继承时，只需要在 父类 之后，添加
,号，继续增加想要继承的父类
class Person
{
public:
string _name; //姓名
};
//本科生
class Undergraduate : public Person
{};
//研究生
class Postgraduate : public Person
{};
//毕业生
class Graduate : public Undergraduate, public Postgraduate
{};
int main()
{
Graduate g1;
g1._name = "zhangsan";
return 0;
}
无法编译！
原因分析：
Undergraduate 中继承了 Person 的 _name，Postgraduate 也继承了 Person 的 _name
Graduate 多继承 Undergraduate 、Postgraduate 后，同时拥有了两个 _name，使用时，无法区分！
通过监视窗口查看信息：
解决方法：
想要解决二义性很简单，通过 :: 限制访问域即可
Graduate g1;
g1.Undergraduate::_name = "zhangsan";
cout << g1.Undergraduate::_name << endl;
但这没有从本质上解决问题！而且还没有解决数据冗余问题
真正的解决方法：虚继承
注：虚继承是专门用来解决 菱形继承 问题的，与多态中的虚函数没有直接关系
虚继承：在菱形继承的腰部继承父类时，加上
virtual关键字修饰被继承的父类
class Person
{
public:
string _name; //姓名
};
//本科生
class Undergraduate : virtual public Person
{};
//研究生
class Postgraduate : virtual public Person
{};
//毕业生
class Graduate : public Undergraduate, public Postgraduate
{};
int main()
{
Graduate g1;
g1._name = "zhangsan";
cout << g1._name << endl;
return 0;
}
此时可以解决 菱形继承 的 数据冗余 和 二义性 问题
虚继承是如何解决菱形继承问题的？
- 利用 虚基表 将冗余的数据存储起来，此时冗余的数据合并为一份
- 原来存储 冗余数据 的位置，现在用来存储 虚基表指针
此时无论这个 冗余 的数据存储在何处，都能通过 基地址 + 偏移量 的方式进行访问
九、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。
而 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。
举个例子: 轿车和奔驰就构成 is-a 的关系，所以可以使用继承。
// 车类
class Car
{
protected:
string _colour = "黑色"; // 颜色
string _num = "川A66688"; // 车牌号
};
// 奔驰
class Benz : public Car
{
public:
void Drive()
{
cout << "好开-操控" << endl;
}
};
再举个例子:汽车和轮胎之间就是 has-a 的关系，它们之间则适合使用组合。
// 轮胎
class Tire {
protected:
string _brand = "Michelin"; // 品牌
size_t _size = 17; // 尺寸
};
// 汽车
class Car {
protected:
string _colour = "黑色"; // 颜色
string _num = "川A66688"; // 车牌号
Tire _t; // 轮胎
};
实际项目中，更推荐使用 组合 的方式，这样可以做到 解耦，避免因父类的改动而直接影响到子类
- 公有继承：
is-a—> 高耦合，可以直接使用父类成员- 组合：
has-a—> 低耦合，可以间接使用父类成员
十、继承的总结和反思
1. 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。所以一般不建议设计出多继承，一定不要设计出菱形继承。否则在复杂度及性能上都有问题。
2. 多继承可以认为是C++的缺陷之一，很多后来的面向对象语言都没有多继承，如Java。
十一、共勉
以下就是我对 【C++】继承 的理解，如果有不懂和发现问题的小伙伴，请在评论区说出来哦，同时我还会继续更新对 【C++】多态 的理解，请持续关注我哦！！！
