C++的繼承特性你了解嗎
導(dǎo)語:
C++是對C語言的優(yōu)化和改進(jìn),C++之所以優(yōu)秀的點在于它的特性:抽象、封裝、繼承和多態(tài)。
本章總結(jié)繼承的規(guī)則和特性,都是干貨,與讀者共同學(xué)習(xí)。
繼承作用
代碼的復(fù)用
子類繼承父類,可以理解為,將父類的代碼拷貝一份到子類中,達(dá)到子類可以調(diào)用父類方法的目的。
那為什么是可以理解而不是就是呢?
是因為有幾個東西是不可以拷貝的,比如,父類的拷貝和析構(gòu)方法,友元和靜態(tài)成員。
友元關(guān)系是不能繼承的,必須各是各的。
靜態(tài)成員是在類外初始化的,從定義到程序運行結(jié)束都一直存在,不是屬于某一個類的。所以也不能拷貝。
形成多態(tài)
繼承在代碼復(fù)用上的應(yīng)用是廣泛的,但在我看來,繼承最大的作用在于可以形成多態(tài),當(dāng)發(fā)生一種行為時,不同的對象去調(diào)用就是不同的狀態(tài)。
這在很大程度上體現(xiàn)了C++作為面向?qū)ο笳Z言的設(shè)計性。
繼承的結(jié)果
上面說到繼承相當(dāng)于將父類的代碼拷貝到子類中,達(dá)到可以使用子類對象可以調(diào)用父類方法的目的,而具體子類可以調(diào)用父類的哪些方法,還需要看它的繼承方式。
繼承方式
公有繼承
class student:public Person {};
公有繼承,父類的公有方法以公有的形式,私有以私有的形式,保護(hù)以保護(hù)的形式,拷貝給子類,私有成員/成員方法對子類是不可見的。也就是說從對象角度:子類可以調(diào)用父類的公有方法和保護(hù)方法從方法角度:子類可以通過調(diào)用父類的公有方法/保護(hù)方法轉(zhuǎn)調(diào)用父類的私有方法。
保護(hù)繼承
class student:protected Person {};
保護(hù)繼承,父類的公有方法以保護(hù)的形式,私有以私有的形式,保護(hù)以保護(hù)的形式,拷貝給子類,繼承后,子類中父類的私有方法對子類不可見的。
從對象角度,可以調(diào)用父類保護(hù)方法。
從方法角度,可以通過調(diào)用父類保護(hù)方法轉(zhuǎn)調(diào)用父類私有方法。
私有繼承(默認(rèn)繼承)
class student: Person //什么都不給,默認(rèn)私有繼承 {}; class student:private Person {};
私有繼承,父類的所有方法均以私有的形式拷貝給子類,所有的對子類都是不可見的。
從對象角度:不能調(diào)用父類的方法
從方法角度:也不能轉(zhuǎn)調(diào)用。
什么都不能用,那私有繼承有什么用?
它作用的場景就是,在當(dāng)前繼承體系或分支,終止父類再往下繼承下去。
子類構(gòu)造
根據(jù)繼承的拷貝性質(zhì),我們知道子類中有父類的成分,所以在構(gòu)造子類之前,需要先調(diào)用父類的構(gòu)造方法,再調(diào)用子類的構(gòu)造方法。
但要注意,這個構(gòu)造,只是構(gòu)造了一個對象(子類),不會構(gòu)造出來一個父類對象。
賦值兼容規(guī)則/向上轉(zhuǎn)換/內(nèi)存切片
繼承和多態(tài)體系中,深入理解了賦值兼容規(guī)則就很容易掌握了。
賦值兼容規(guī)則:
- 子類對象可以直接給父類對象賦值
- 子類對象的地址可以直接給父類對象指針賦值
- 子類對象可以直接初始化父類對象的引用
代碼:
int main() { D d; Base b; b = d; //子類對象給父類對象賦值 Base* pb = &d; //子類對象的地址給父類對象指針賦值 Base& rb = d; //子類對象初始化父類對象的引用 return 0; }
總結(jié),都是子類給父類(所以是向上轉(zhuǎn)換),那么能不能父類給子類呢?
要理解這點,一個內(nèi)存圖即可說明一切!
很容易看出來,子類比父類的類型多了一部分,但都是序列化的,子類自身成員之前的內(nèi)存空間與父類是完全一致的,所以子類是可以將地址、引用和對象轉(zhuǎn)給父類的。
但是要注意,使用父類接收之后,父類對象/指針/引用,只能觀察到父類擁有的,不能觀察到子類。
當(dāng)然,當(dāng)有朝一日我們需要對父類取地址,要取到整個子類地址的時候(向下轉(zhuǎn)換),C++11的reinterpret_cast強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換可以實現(xiàn)這種需求。
賦值兼容規(guī)則的應(yīng)用不在這幾行代碼,更在理解上,多態(tài)的形成就是建立在賦值兼容規(guī)則基礎(chǔ)上的。
多繼承
以上講解都是建立在單繼承上的。
一個子類有兩個或兩個以上直接父類時,就稱這個繼承是多繼承。
多繼承需要記住的點就是: 構(gòu)造時,按順序?qū)Ω割愡M(jìn)行構(gòu)造,若有虛擬繼承的父類,先構(gòu)造虛擬繼承的父類 菱形繼承的問題和解決
多繼承是復(fù)雜的,效率不高的。主要體現(xiàn)在菱形繼承。一個圖快速了解菱形繼承:
菱形繼承的缺點在于,在效率的角度,它是數(shù)據(jù)冗余的;站在安全的角度,他是數(shù)據(jù)二義的。
虛擬繼承
虛擬繼承可以解決菱形繼承數(shù)據(jù)冗余和二義性的問題,要注意的是,虛擬繼承不要在其他地方使用。
代碼:
class A { public: int _a; }; // class B : public A class B : virtual public A { public: int _b; }; // class C : public A class C : virtual public A { public: int _c; }; class D : public B, public C { public: int _d; }; int main() { D d; d.B::_a = 1; d.C::_a = 2; d._b = 3; d._c = 4; d._d = 5; return 0; }
B和C虛擬繼承A,就可以使來自A的數(shù)據(jù)只有一份了。
內(nèi)存分析:
虛擬繼承后,多了四個字節(jié)存儲A的數(shù)據(jù)了。
內(nèi)存分布為:
總結(jié)
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