C++——继承

目录

1.继承的概念及定义

继承的概念

继承的定义

定义格式

继承⽗类成员访问⽅式的变化

继承类模版

2.⽗类和⼦类对象赋值兼容转换

3.继承中的作用域

3.1隐藏规则

3.2 继承作⽤域相关选择题

4.⼦类的默认成员函数

不能被继承的类

5.继承和友元

6.继承与静态成员

7.多继承及其菱形继承问题

1.继承模型

2.多继承中指针偏移问题

8.继承和组合

1.继承的概念及定义

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，称⼦类。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。
*/

继承的定义

定义格式

继承⽗类成员访问⽅式的变化

1. ⽗类private成员在⼦类中⽆论以什么⽅式继承都是不可⻅的。这⾥的不可⻅是指⽗类的私有成员还

是被继承到了⼦类对象中，但是语法上限制⼦类对象不管在类⾥⾯还是类外⾯都不能去访问它。

1. ⽗类private成员在⼦类中是不能被访问，如果⽗类成员不想在类外直接被访问，但需要在⼦类中能

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. 实际上⾯的表格我们进⾏⼀下总结会发现，⽗类的私有成员在⼦类都是不可⻅。⽗类的其他成员在

⼦类的访问⽅式==Min(成员在⽗类的访问限定符，继承⽅式)，public>protected>private。

1. 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。

1. 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⼦类的类⾥⾯使⽤，实际
中扩展维护性不强。

继承类模版

namespace bit
{
    //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>
    {
        p
            ublic :
        void push(const T& x)
        {
            // ⽗类是类模板时，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();
        } c
            onst T& top()
        {
            return vector<T>::back();
        } b
            ool empty()
        {
            return vector<T>::empty();
        }
    };
} 

int main()
{
    bit::stack<int> st;
    st.push(1);
    st.push(2);
    st.push(3);
    while (!st.empty())
    {
        cout << st.top() << " ";
        st.pop();
    } 
        return 0;
}

2.⽗类和⼦类对象赋值兼容转换

• public继承的⼦类对象可以赋值给⽗类的对象/⽗类的指针/⽗类的引⽤。这⾥有个形象的说法叫
切⽚或者切割。寓意把⼦类中⽗类那部分切来赋值过去。
• ⽗类对象不能赋值给⼦类对象。
• ⽗类的指针或者引⽤可以通过强制类型转换赋值给⼦类的指针或者引⽤。但是必须是⽗类的指针是
指向⼦类对象时才是安全的。

3.继承中的作用域

3.1隐藏规则

1. 在继承体系中，父类和子类都有各自独立的作用域

1. 子类和父类中有同名成员，子类将屏蔽父类中同名成员的访问，在⼦类成员函数中，可以使⽤⽗类::⽗类成员显⽰访问 ，函数名相同就构成隐藏。

3.2 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（ B ）

A.重载 B.隐藏 C.没关系 D.编译报错

解释：因为只要是同名就构成隐藏

1. 下⾯程序的编译运⾏结果是什么（ A ）

A.编译报错 B.运⾏报错 C.正常运⾏

解释：因为B类中func()函数构成隐藏，所以调不到A中的func()函数

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.⼦类的默认成员函数

1. 构造函数：⼦类的构造函数必须调⽤⽗类的构造函数初始化⽗类的那⼀部分成员。如果⽗类没有默认的构造函
   数，则必须在⼦类构造函数的初始化列表阶段显⽰调⽤。⼦类对象初始化先调⽤⽗类构造再调⼦类构造

1. 拷⻉构造：⼦类的拷⻉构造函数必须调⽤⽗类的拷⻉构造完成⽗类的拷⻉初始化

1. operator=：⼦类的operator=必须要调⽤⽗类的operator=完成⽗类的复制 ,⼦类的operator=隐藏了⽗类的operator=，所以显⽰调⽤⽗类的operator=，需要指定⽗类作⽤域 。因为赋值构造会调到拷贝构造。

1. 析构函数：⼦类对象析构清理先调⽤⼦类析构再调⽗类的析构。 ⼦类的析构函数会在被调⽤完成后⾃动调⽤⽗类的析构函数清理⽗类成员 ，因为这样才能保证⼦类对象先清理⼦类成员再清理⽗类成员的顺序。

1. 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()，所以⽗类析构函数不加
   virtual的情况下，⼦类析构函数和⽗类析构函数构成隐藏关系。

class Person
{
public :
    Person(const char* name = "peter")
        : _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)
        : Person(name)
        , _num(num)
    {
        cout << "Student()" << endl;
    } 

    Student(const Student& s)
    : Person(s)//有参就传参，无参就不用传
    , _num(s._num)
    {
        cout << "Student(const Student& s)" << endl;
    } 

    Student& operator = (const Student& s)
    {
        cout << "Student& operator= (const Student& s)" << endl;
        if (this != &s)
        {
            // 构成隐藏，所以需要显⽰调⽤
            Person::operator =(s);
            _num = s._num;
        } 
        return* this;
    } 

    ~Student()
    {
        cout << "~Student()" << endl;
    }
protected:
    int _num; //学号
};
int main()
{
    Student s1("jack", 18);
    Student s2(s1);
    Student s3("rose", 17);
    s1 = s3;
    return 0;
}

不能被继承的类

1. ：⽗类的构造函数私有，⼦类的构成必须调⽤⽗类的构造函数，但是⽗类的构成函数私有化以
   后，⼦类看不⻅就不能调⽤了，那么⼦类就⽆法实例化出对象。

1. C++11新增了⼀个final关键字，final修改⽗类，⼦类就不能继承了。

5.继承和友元

• 友元关系不能继承，也就是说⽗类友元不能访问⼦类私有和保护成员。

6.继承与静态成员

• ⽗类定义了static静态成员(包括函数和成员变量)，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。

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;
    return 0;
}

7.多继承及其菱形继承问题

1.继承模型

1. 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

1. 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，多继承对象在内存中的模型
   是，先继承的⽗类在前⾯，后⾯继承的⽗类在后⾯，⼦类成员在放到最后⾯。

1. 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。

1. 虚继承：解决菱形继承带来的数据冗余和二义性

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()
{
    Assistant a;	
    a._name = "peter"; // 编译报错：error C2385: 对“_name”的访问不明确
    // 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 = "xxx";
    a.Teacher::_name = "yyy";
    return 0;
}

2.多继承中指针偏移问题

下⾯说法正确的是( C )

A：p1== p2 ==p3 B：p1<p2<p3 C：p1 ==p3!=p2 D：p1!=p2!=p3

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;
}

先继承的在前面存储

8.继承和组合

• public继承是⼀种is-a的关系。也就是说每个⼦类对象都是⼀个⽗类对象。

• 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。

• 继承允许你根据⽗类的实现来定义⼦类的实现。这种通过⽣成⼦类的复⽤通常被称为⽩箱复⽤
  (white-boxreuse)。术语“⽩箱”是相对可视性⽽⾔：在继承⽅式中，⽗类的内部细节对⼦类可⻅
  。继承⼀定程度破坏了⽗类的封装，⽗类的改变，对⼦类有很⼤的影响。⼦类和⽗类间的依赖关系
  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。这种复⽤⻛格被称为⿊箱复⽤(black-boxreuse)，
  因为对象的内部细节是不可⻅的。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。

• 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。

// Tire(轮胎)和Car(⻋)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"; // 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
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;
};