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【C++】继承----下篇

news 来源：原创 2025/4/26 2:21:20

文章目录

前言
一、实现一个不能继承的类
二、友元与继承
三、继承与静态成员
四、多继承以及菱形继承问题
- 1.继承模型：
- 2.菱形继承的问题
- 3.虚拟继承解决数据冗余和二义性的原理
- 4.虚拟继承的原理
五、继承的总结和反思
- 1.继承和组合
总结

前言

各位好呀!今天呢我们接着讲继承的相关知识，之前给大家已经分享了继承一部分知识。那今天小编就来给继承收个尾吧。来看看继承的剩下的一部分。
在这里插入图片描述

一、实现一个不能继承的类

想要实现一个不能被继承的类的呢有两种方法：

方法一：父类的构造函数私有，子类的构造必须调用父类的构造函数，但是父类的构造函数私有化以后呢，在子类中是不可见也不可调用的。那么子类就无法实例化出对象，这样就可以达到父类不能被继承（C++98的方法）。
方法二：C++11新增了一个关键字final，用final修饰父类，那么子类就无法继承父类了。

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
class Person//C++11
{
public:
protected:string _name; 
private:Person()//私有化构造函数{}
};
class student:public Person  
{
public:
private:string ID;
};
int main()
{student s;//这里会报错的，因为构造函数已经被私有化，子类是调不到父类的构造函数的//但是这里要注意的是：如果我们这里不定义，代码是不会报错的。return 0;
}#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
class Person final//C++11
{
public:Person()//私有化构造函数 {} 
protected:string _name; 
private:};
class student:public Person  //像这样用final修饰父类的话，父类也不能被子类继承 
{
public:
private:string ID;
};
int main()
{student s;return 0;
}

二、友元与继承

注意：友元关系不能被继承，也就是说，父类的友元不能访问子类的私有成员和保护成员。

解决方法：在子类中加上友元就可以了。还有就是要注意一下需要前置声明一下子类

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
class student;  //前置声明
class Person
{friend void  Print(const Person& p, const student& s); //编译器在遇到一个变量和函数的时候，都只会向上查找（提高查找的效率），// 所以这里的student就会向上查找，但是上面没有student，student在下面//还有就是student不能放在方面取，因为student要继承Person。这两者相互依赖。//为了解决这个问题呢我们会在上面加一个前置声明
public:
protected:string _name="帅哥"; 
};
class student:public Person 
{friend void  Print(const Person& p, const student& s); //由于继承关系不能被继承下来，所以就访问不到student中_num成员变量//解决这个问只需要像这样，加一个友元就可以解决这个问题了。
public:
protected :string _num="123456";
};
void Print(const Person& p, const student& s)
{cout << p._name << endl;  cout << s._num << endl; 
}
int main()
{student v;Person  c;Print(c,v);    return 0;
}

三、继承与静态成员

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std; 
class Person
{
public:string _name; static int n;       
}; 
int Person::n = 1; 
class student :public Person
{
public:string  _num;
};
int main()
{Person p;student s;//非静态成员变量的地址 cout << &p._name << endl;cout << &s._name << endl; cout << endl; //静态成员变量的地址cout << &p.n  << endl;cout << &s.n << endl; return 0;
}

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我们通过看到非静态成员_name地址是不一样，这说明了子类继承下来的成员在子类和父类中各有一份。但是静态成员是不是地址相同呀？这又说明父类定义了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。
还有一个就是在共有的情况下，父类和子类指定作用域就可以访问静态成员。这里突破作用域就可以访问，因为它没有存在对象里面，而是存在静态区，它只是受到类域的限制而已。还有就可以把静态成员理解成全局的。

四、多继承以及菱形继承问题

1.继承模型：

继承模型呢分为三种：单继承，多继承和菱形继承

单继承：一个子类只有一个直接父类时称这种继承关系为单继承
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：菱形继承属于一个特殊的多继承，

在这里插入图片描述

2.菱形继承的问题

菱形继承主要时两个问题，分别是 二义性和数据冗余

二义性：
首先，什么是二义性？二义性就是在访问数据的时候发生歧义，不知道访问那个。

示例：

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std; 
class A
{
public:string _name;int _age;
};
class B:public A 
{
public:
protected:string  _number;
};
class C :public A
{
public:
protected:string Gender;  
};
class D :public B, public C
{
public:
protected:string ID;
};
int main()
{D d;d._name;//存在二义性 
}

在这里插入图片描述
问题分析：
这里为什么会存在访问不明确呢？结合之前的知识，子类继承父类成员，那么子类和父类中是不是都分别有一份独立的成员。但是现在B和C这两个类都继承了A，然而D又继承B和C。也就是说A,B,C,D中分别都有一份_name,现在要访问父类中的成员_name，但是这里的D是继承了两个类，两个类中都有_name ,所以这里编译器就不知道该访问那个类里面的_name。这就是二义性。

解决方法：
怎样解决这个问题呢？其实很简单，只需要显示指定访问那个父类中_name就可以解决问题,但是不能解决数据冗余的问题

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std; 
class A
{
public:string _name;int _age;
};
class B:public A 
{
public:
protected:string  _number;
};
class C :public A
{
public:
protected:string Gender;  
};
class D :public B, public C
{
public:
protected:string ID;
};
int main()
{D d;d.B::_name="张三";//指定要访问的父类d.C::_name = "小张"; //指定要访问的父类
}

数据冗余：
数据冗余可以理解成数据重复造成空间的浪费

示例：
菱形继承还有个特别烦的点就是他会让空间变大，一个它的父类在被几个类继承时，那它就有几份。比如下列代码中，A在B,C中各有一份。

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std; 
class A
{
public:string _name; int _age; 
};
class B:public A 
{
public:
protected:string  _number;
};
class C :public A
{
public:
protected: string Gender;  
};
class D :public B, public C
{
public:
protected:string ID;
};
class F:public A,public B
{
public:};
int main()
{D d;F f;cout << sizeof(d) << endl;//菱形继承大小cout << sizeof(f) << endl;//多继承的大小
}

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可以看出两者的空间大小相差的将近一倍了。所以，一般不建议创建菱形继承，因为这样有太多的问题，有时候还把握不住，建议不使用。

3.虚拟继承解决数据冗余和二义性的原理

菱形继承一般不建议使用，但是如果非要使用，那该怎样解决二义性和数据冗余呢？这里就要引用一个新的关键字 virtual（虚拟继承）。

那这个关键字该怎么用呢？该加在哪里呢？先看示例：

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
class A
{
public:string _name;int _age;
};
class B :virtual public A
{
public:
protected:string  _number;
};
class C :virtual public A
{
public:
protected:string Gender;
};
class D :public B, public C
{
public:
protected:string ID;
};
int main()
{D d;d._name = "张三";return 0;
}

通过上面的代码可以看出：
virtual应该加在产生二义性和数据冗余继承的地方，现在A是不是产生了二义性和数据冗余，那virtual就加在B和C继承的哪里。这样就解决了二义性和数据冗余的问题，这点我们可以通过监视窗口可以看出。
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从监视窗口展示的原因，这里虽然看起来是三份，但其实是一份。这样是不是就解决了数据冗余和二义性的问题啊。
注意：这里的virtual不能只加在B或者C，必须要同时加在B和C

在这里插入图片描述
大家看看这上图，图中的关系是不是菱形继承呢？其实上图也时菱形继承哦，大家不要对形状太刻板了哦，认为菱形继承那他的形状就必须时菱形。形状不是菱形但是有二义性和数据冗余的产生那他就是菱形继承,

思考以及解决方法：
那这里的virtual该加在哪里呢？BC?还是DC？其实正确是应该是加在BC，这里是不是A产生二义性和数据冗余，那就要加BC呀！那这里可以不可以在BCD都加上virtual呢？这里就好比一个人只需要两根拐棍，而你偏要给他三根是一样的性质。在D那里都没有产生二义性和数据冗余那就没必要加。
在这里插入图片描述
还有就是大家在写代码的时候遇到上图这种继承的时候都加上virtual，这种情况呢属于过度防范了。首先我们可以先看看B和C有没有被同一个类继承。如果没有，可以先不用加；如果有，那再加上virtual是不是也不迟啊？所以大家在写代码的时候不要过度的防范二义性和数据冗余。

4.虚拟继承的原理

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
class A
{
public:A(const char*name,int age=18):_name(name),_age(age) {}string _name;int _age;
};
class B :virtual public A
{
public:B(const char*name,const char*number="1234567899"):A(name),_number(number) {}
protected:string  _number;
};
class C :virtual public A
{
public:C(const char* name, const char* gender="男"):A(name), Gender(gender) {}
protected:string Gender;
};
class D :public B, public C 
{
public:D(const char*name,const char*id="1263457"):B(name) ,C(name) //，A(naem)//这里必须显示调用，不然会报错，//还有就是这里初始化怎么多name，那到底以谁的为准呢？,ID(id) {}
protected:string ID;
};
int main()
{D d("张三"); return 0;
}

在这里插入图片描述
这里从我们之前学的知识来看这里代码的逻辑应该时没有问题的呀。调用子类的构造函数先调用父类的默认构造函数嘛。但是这里说class A 不存在默认构造。那是怎么回事呢？这不得不就要看看虚拟继承的原理了。
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相比于普通的多继承，虚拟继承呢是要把class A拿出来放在最底下的一个类中。他就不像普通多继承那样class A分别存在class B 和class C中。因为他要解决二义性和数据冗余。与此同时，这里还要引入一个虚基表和虚基表指针，复杂的很，所以小编这里就没有展示出来。小编这里主要是像让大家看看这两种继承的有什么不同。回到上面的问题：由于这里A不在B和C里面了，而是一个单独的父类，所以A也因该显示调用。

总结：不要轻易使用菱形继承和写出菱形继承的代码，多继承可以用

五、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。

多继承可以认为是C++的缺陷之一，很多后来的OO语言都没有多继承，如Java。

1.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。
示例：我们以实现一个简单的栈来演示：

//stack和cin构成has-a的关系
#include<iostream>
#include<string>
#include<stdbool.h> 
using namespace std;
class stack
{
public :void push(const int& x){cin.push_back(x);}void pop(){cin.pop_back();}const int& top()const {return cin.back();}bool empty(){return cin.empty();}
private:  vector<int >  cin; 
};
int main()
{stack s;s.push(1);s.push(2);s.push(3);while (!s.empty()){cout << s.top() << " ";s.pop();}return 0;
}//stack和vector是is-a关系
#include<iostream>
#include<stdbool.h> 
#include<vector>
using namespace std;
class stack:public std::vector<int>  
{
public:void push(const int& x){vector<int> ::push_back(x);}void pop(){vector<int> ::pop_back();}const int& top()const{return vector<int> ::back();}bool empty(){return vector<int> ::empty(); }
};
int main()
{stack s; s.push(1); s.push(2);s.push(3); while (!s.empty()) {cout << s.top() << " "; s.pop();}return 0;
}

优先使用对象组合，而不是类继承。
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，基类的内部细节对子类可见。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
实际尽量多去用组合。组合的耦合度低，代码维护性好。不过继承也有用武之地的，有些关系就适合继承那就用继承，另外要实现多态，也必须要继承。类之间的关系可以用继承，可以用组合，就用组合。