繼承

1 什么是繼承

1.1 繼承的概念

繼承機(jī)制是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)使代碼可以復(fù)用的最重要的手段，這個(gè)機(jī)制允許程序員在保持原有類特性的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，增加功能，這樣產(chǎn)生新的類，稱為派生類。繼承呈現(xiàn)了面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的層次結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)了由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的認(rèn)知過(guò)程。以前解除的都是函數(shù)復(fù)用，繼承是類設(shè)計(jì)層次的復(fù)用。

代碼演示如下

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class Person
{
public:
	void Print()
	{
		cout << "name:" << _name << endl;
		cout << "age:" << _age << endl;
	}
protected:
	string _name = "peter"; // 姓名
	int _age = 18;
};
class Student : public Person
{
protected:
	int _stuid;
};
int main()
{
	Person p;
	Student s;
	p.Print();
	s.Print();
	return 0;
}

繼承后父類的Person的成員（成員函數(shù)+成員變量）都會(huì)變成子類的一部分。這里體現(xiàn)出了Student復(fù)用了Person的成員。下面我們使用監(jiān)視窗口查看Student對(duì)象，可以看到變量的復(fù)用。調(diào)用Print可以看到成員函數(shù)的復(fù)用。

成員變量的復(fù)用

成員函數(shù)的復(fù)用

1.2 繼承的定義

1.2.1 定義格式

Person是父類，也稱作基類。Student是子類，也稱作派生類。

1.2.2 繼承關(guān)系和訪問(wèn)限定符

1.2.3 繼承基類成員訪問(wèn)方式的變化

注意（重點(diǎn)）

• 基類 private 成員在派生類中無(wú)論以什么方式繼承都是不可見(jiàn)的。這里的不可見(jiàn)是指基類的私有成員還是被繼承到了派生類對(duì)象中，但是語(yǔ)法上限制派生類對(duì)象不管在類里面還是類外面都不能去訪問(wèn)它。
• 基類 private 成員在派生類中是不能被訪問(wèn)，如果基類成員不想在類外直接被訪問(wèn)，但需要在派生類中能訪問(wèn)，就定義為protected?？梢钥闯霰Ｗo(hù)成員限定符是因繼承才出現(xiàn)的。
• 實(shí)際上面的表格我們進(jìn)行一下總結(jié)會(huì)發(fā)現(xiàn)：基類的私有成員在子類都是不可見(jiàn)的。基類的其他成員在子類的訪問(wèn)方式 = Min(成員在基類的訪問(wèn)限定符，繼承方式)，public > protected > private。
• 使用關(guān)鍵字class時(shí)默認(rèn)的繼承方式是private，使用struct時(shí)默認(rèn)的繼承方式是public，不過(guò)最好顯示的寫(xiě)出繼承方式。
• 在實(shí)際運(yùn)用中一般使用都是public繼承，幾乎很少使用protetced/private繼承，也不提倡使用protetced/private繼承，因?yàn)閜rotetced/private 繼承下來(lái)的成員都只能在派生類的類里面使用，實(shí)際中擴(kuò)展維護(hù)性不強(qiáng)。

2 基類(父類)對(duì)象和派生類(子類)對(duì)象之間的賦值轉(zhuǎn)換

•  is a 的關(guān)系：一個(gè)子類是一個(gè)父類，比如，一個(gè)學(xué)生是一個(gè)人
• 派生類對(duì)象 可以賦值給 基類的對(duì)象 / 基類的指針 / 基類的引用。這里有個(gè)形象的說(shuō)法叫切片或者切割。寓意把派生類中父類那部分切來(lái)賦值過(guò)去（重點(diǎn)掌握），代碼演示如下。

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class Person
{
public:
	    // 缺省
		string _name = "陳志浩"; // 姓名
		string _sex = "男"; // 性別
		int _age = 25; // 年齡
};
class Student : public Person
{
public:
	int _No = 2019124084; // 學(xué)號(hào)
};

void Test()
{
	Person pobj;
	Student sobj;
	// 修改子類的成員變量方便演示
	sobj._name = "chenzhiiao";
	sobj._age = 23;
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

基類對(duì)象不能賦值給派生類對(duì)象

指向基類的指針可以指向子類，并且可以強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為子類指針，引用同理也是可以的，這里有點(diǎn)詭異，其實(shí)也可以這樣理解：這里指針指向的地址是一樣的，只不過(guò)類型限制了可以看哪些部分，所以再?gòu)?qiáng)制轉(zhuǎn)換回子類指針才不會(huì)出錯(cuò)。

上面這些類型轉(zhuǎn)換都必須是在公有繼承的前提下的。

 3 繼承中的作用域

• 在繼承體系中基類和派生類都有獨(dú)立的作用域
• 子類和父類中有同名成員，子類成員將屏蔽對(duì)父類的同名成員的直接訪問(wèn)，這種情況叫隱藏，也叫重定義。注意不叫重載也不叫重寫(xiě)，重載要在同一個(gè)作用域才可以。（在子類成員函數(shù)中，可以使用 基類::基類成員 顯示訪問(wèn)）
• 需要注意的是如果是成員函數(shù)的隱藏，只需要函數(shù)名相同就構(gòu)成隱藏，即使形參列表和函數(shù)體不同也是構(gòu)成隱藏的哦。
• 注意在實(shí)際中在繼承體系里面最好不要定義同名的成員。

來(lái)上代碼

#include <iostream>
using namespace std;

class A {
public:
	void fun()
	{
		cout << "func()" << endl;
	}
};
class B : public A {
public:
	void fun(int i)
	{
		cout << "func(int i)->" << i << endl;
	}
};
void Test()
{
	// B中的fun和A中的fun不是構(gòu)成重載，因?yàn)椴皇窃谕蛔饔糜?
	// B中的fun和A中的fun構(gòu)成隱藏，成員函數(shù)滿足函數(shù)名相同就構(gòu)成隱藏。
	B b;
	b.fun(10);
	b.A::fun();//可以使用 基類::基類成員 顯示訪問(wèn)
};
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

4 派生類(子類)的默認(rèn)成員函數(shù)

派生類的6個(gè)默認(rèn)成員函數(shù)，默認(rèn)就是我們不寫(xiě)但是會(huì)自己生成，那么這4（只關(guān)注 構(gòu)造、拷貝構(gòu)造、析構(gòu)、賦值重載）個(gè)默認(rèn)成員函數(shù)是如何生成的呢？

派生類的構(gòu)造函數(shù)必須調(diào)用基類的構(gòu)造函數(shù)初始化基類的那一部分成員。如果基類沒(méi)有默認(rèn)的構(gòu)造函數(shù)，則必須在派生類構(gòu)造函數(shù)的初始化列表階段顯示調(diào)用，派生類對(duì)象初始化先調(diào)用基類構(gòu)造再調(diào)派生類構(gòu)造。。

#include <iostream>
#include <string>
#include <ostream>
using namespace std;
class Person
{
public:
	friend ostream& operator<<(ostream& out, const Person& p);
	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
};
ostream& operator<<(ostream& out, const Person& p)
{
	out << "name : " << p._name << endl;
	return out;
}
class Student : public Person{
public:
	friend ostream& operator<<(ostream& out, const Student& s);
	Student(const char* name = "chenzhiao", int no = 2019)
		:Person(name)
		,_no(no)
	{
		cout << "Student()" << endl;
	}
	
	~Student()
	{
		cout << "~Student()" << endl;
	}

protected:
	int _no;
};
ostream& operator<<(ostream& out, const Student& s)
{
	out << "name : " << s._name << ",no : " << s._no << endl;
	return out;
}

void Test()
{
	Student s1;	
	cout << s1;
};
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

派生類的拷貝構(gòu)造函數(shù)必須調(diào)用基類的拷貝構(gòu)造完成基類的拷貝初始化，下面代碼中的 Person(s) 有切片行為。

Student(const Student& s)
		: Person(s), _no(s._no)
	{
		cout << "Student(const Student& s)" << endl;
	}

派生類的operator=必須要調(diào)用基類的operator=完成基類的復(fù)制。

Student& operator=(const Student& s)
	{
		if (this != &s)
		{
			Person::operator=(s); 
			//這里必須要用類名指定，否則子類的operator=會(huì)把父類的
			//的operator=隱藏掉，導(dǎo)致無(wú)限遞歸調(diào)用子類的operator=導(dǎo)致棧溢出
			_no = s._no;
		}
		return *this;
	}

派生類對(duì)象析構(gòu)清理先調(diào)用派生類析構(gòu)再調(diào)基類的析構(gòu)，這里 c++ 的編譯器就保證了先調(diào)用子類的析構(gòu)再調(diào)用父類的析構(gòu)。
有兩個(gè)迷惑點(diǎn)：1、子類的析構(gòu)函數(shù)和父類的析構(gòu)函數(shù)構(gòu)成 隱藏，這是因?yàn)槎鄳B(tài)重寫(xiě)的需要（下一篇文章我會(huì)拉出來(lái)再談一下），所有類的析構(gòu)函數(shù)，名字會(huì)被統(tǒng)一處理成 destructor 2 、 如果自己顯示調(diào)用，存在父類會(huì)析構(gòu)的問(wèn)題，不符合先定義后析構(gòu)的規(guī)則

~Student()
	{
		cout << "~Student()" << endl;
		Person::~Person(); 
		//C++的編譯器保證了這個(gè)代碼默認(rèn)會(huì)執(zhí)行，但是必須要放在最后一行才符合規(guī)則
		//不能讓程序員去手動(dòng)指定Person::~Person();必須要放在最后一行
		//萬(wàn)一程序員不小心放在了第一行，會(huì)導(dǎo)致一些不可預(yù)料的錯(cuò)誤，所以不要顯示調(diào)用
		//這和上面3個(gè)默認(rèn)成員的規(guī)則不一樣，需要多注意
	}

最后補(bǔ)上一張圖，有助于理解

5 繼承與友元

友元關(guān)系不能繼承，也即是說(shuō)：基類友元不能訪問(wèn)子類私有和保護(hù)成員

 6 繼承與靜態(tài)成員

基類定義了 static 靜態(tài)成員，則整個(gè)繼承體系里面只有一個(gè)這樣的成員，無(wú)論派生出多少個(gè)子類，都只有一個(gè) static 成員實(shí)例

來(lái)段代碼

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class Person
{
public:
	Person() { ++_count; }
protected:
	string _name; // 姓名
public:
	static int _count; // 統(tǒng)計(jì)人的個(gè)數(shù)。
};
int Person::_count = 0;
class Student : public Person
{
protected:
	int _stuNum; // 學(xué)號(hào)
};
class Graduate : public Student
{
protected:
	string _seminarCourse; // 研究科目
};
void TestPerson()
{
	Student s1;
	Student s2;
	Student s3;
	Graduate s4;
	Person s5;
	cout << " 人數(shù) :" << Person::_count << endl;
	Student::_count = 0;
	cout << " 人數(shù) :" << Person::_count << endl;
}
int main()
{
	TestPerson();
	return 0;
}

7 復(fù)雜的菱形繼承以及菱形虛擬繼承

 7.1 單繼承

一個(gè)子類只有一個(gè)直接父類，這種繼承關(guān)系叫做單繼承

7.2 多繼承

一個(gè)子類有兩個(gè)或者兩個(gè)以上的父類叫做多繼承

7.3 菱形繼承

菱形繼承是多繼承的一種特殊情況

7.3.1 菱形繼承的問(wèn)題

菱形繼承存在很大的問(wèn)題，從上面的對(duì)象模型圖里可以得出：菱形繼承有數(shù)據(jù)冗余和數(shù)據(jù)二義性的問(wèn)題，在Assistant 的對(duì)象里 Person 成員有兩份

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class Person{
public:
	string _name;
};
class Student : public Person{
protected:
	int _stuId;
};
class Teacher : public Person{
protected:
	int _teaId;
};
class Assistant : public Student, public Teacher{
protected:
	string _majorCourse;
};
void Test()
{

	Assistant a;
	//a._name = "chenzhiao"; 這樣會(huì)有二義性無(wú)法明確知道訪問(wèn)的是哪一個(gè)

	// 需要顯式指定訪問(wèn)哪個(gè)父類的成員可以解決二義性的問(wèn)題，但是數(shù)據(jù)冗余的問(wèn)題還是無(wú)法解決

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

7.3.2 如何解決

虛擬繼承可以解決菱形繼承的二義性和數(shù)據(jù)冗余的問(wèn)題。如上面的繼承關(guān)系，在Student和Teacher的繼承，Person時(shí)使用虛擬繼承，即可解決問(wèn)題。需要注意的是，虛擬繼承不要在其他地方去使用，改進(jìn)上面的代碼。

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class Person{
public:
	string _name;
};
class Student : virtual public Person{
protected:
	int _stuId;
};
class Teacher : virtual public Person{
protected:
	int _teaId;
};
class Assistant : public Student, public Teacher{
protected:
	string _majorCourse;
};
void Test()
{

	Assistant a;
	a._name = "chenzhiao";
	
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}
// 在菱形繼承的“肩膀處”添加完 virtual 關(guān)鍵字，完成虛擬繼承，可以解決數(shù)據(jù)的二義性和冗余問(wèn)題。我們來(lái)看一下監(jiān)視窗口

7.3.3 虛擬繼承解決數(shù)據(jù)冗余和二義性的原理

 為了研究虛擬繼承原理，我們給出了一個(gè)簡(jiǎn)化的菱形繼承體系，再借助內(nèi)存窗口觀察對(duì)象成員的模型。

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class A {
public:
	int _a;
};
// class B : public A
class B : public A {
public:
	int _b;
};
// class C : public A
class C : public A {
public:
	int _c;
};
class D : public B, public C {
public:
	int _d;
};

void Test()
{
	D d;
	cout << sizeof(d) << "字節(jié)" << endl;
	d.B::_a = 1;
	d.C::_a = 2;
	d._b = 3;
	d._c = 4;
	d._d = 5;
	
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

下圖是菱形繼承的內(nèi)存對(duì)象成員模型：這里可以看到數(shù)據(jù)冗余

下圖是菱形虛擬繼承的內(nèi)存對(duì)象成員模型

• 可以分析出 D對(duì)象中將 A 放在了對(duì)象組成的最下面，這個(gè) A 同時(shí)屬于 B 和 C，那么 B 和 C 如何找到公共的 A 呢？這里是通過(guò)了 B 和 C 的虛基表指針，這兩個(gè)指針指向了虛基表，**虛基表存的是當(dāng)前位置距離 虛基類對(duì)象（A）的偏移量，通過(guò)偏移量找到A。尤其是發(fā)生切片行為的時(shí)候，比如 B& b = d，這個(gè)偏移量會(huì)幫助 b 找到自己的a，完成切片行為。注意：菱形虛擬繼承的效率并不高，因?yàn)檫@一頓操作可想而知，所以盡量不要定義菱形虛擬繼承，這也是 C++ 語(yǔ)法設(shè)計(jì)的幾個(gè)大 bug。
• **下面是上面的Person關(guān)系菱形虛擬繼承的原理解釋：
  

8 繼承的擴(kuò)展和總結(jié)

• 多繼承就是C++語(yǔ)法復(fù)雜的體現(xiàn)，有了多繼承就有了菱形繼承，有了菱形繼承就有了菱形虛擬繼承，底層實(shí)現(xiàn)就很復(fù)雜，所以不建議設(shè)計(jì)多進(jìn)程，更不要設(shè)計(jì)出菱形繼承。否則在復(fù)雜度及性能上都有問(wèn)題。
• 可以認(rèn)為多繼承就是 C++ 的缺陷之一，很多后來(lái)的OO語(yǔ)言都沒(méi)有多繼承，如Java。

 8.1 繼承和組合

• public繼承是一種is-a的關(guān)系。也就是說(shuō)每個(gè)派生類對(duì)象都是一個(gè)基類對(duì)象，比如 狗是一種動(dòng)物
• 組合是一種has-a的關(guān)系。假設(shè)B組合了A，每個(gè)B對(duì)象中都有一個(gè)A對(duì)象。
• 繼承允許你根據(jù)基類的實(shí)現(xiàn)來(lái)定義派生類的實(shí)現(xiàn)。這種通過(guò)生成派生類的復(fù)用通常被稱為白箱復(fù)用，(white-box reuse)。術(shù)語(yǔ)“白箱”是相對(duì)可視性而言：在繼承方式中，基類的內(nèi)部細(xì)節(jié)對(duì)子類可見(jiàn) 。繼承一定程度破壞了基類的封裝，基類的改變，對(duì)派生類有很大的影響。派生類和基類間的依賴關(guān)系很強(qiáng)，耦合度高。
• 對(duì)象組合是類繼承之外的另一種復(fù)用選擇。新的更復(fù)雜的功能可以通過(guò)組裝或組合對(duì)象來(lái)獲得。對(duì)象組合要求被組合的對(duì)象具有良好定義的接口。這種復(fù)用風(fēng)格被稱為黑箱復(fù)用(black-box reuse)，因?yàn)閷?duì)象的內(nèi)部細(xì)節(jié)是不可見(jiàn)的。對(duì)象只以“黑箱”的形式出現(xiàn)。 組合類之間沒(méi)有很強(qiáng)的依賴關(guān)系，耦合度低。優(yōu)先使用對(duì)象組合有助于你保持每個(gè)類被封裝。
• 實(shí)際盡量多去用組合。組合的耦合度低，代碼維護(hù)性好。不過(guò)繼承也有用武之地的，有些關(guān)系就適合繼承那就用繼承，另外要實(shí)現(xiàn)多態(tài)，也必須要繼承。類之間的關(guān)系可以用繼承，可以用組合，就用組合。

到此這篇關(guān)于老生常談C++ 中的繼承的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++繼承內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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