C++（初阶）（十三）——继承

继承

面向对象三大特征：

1，封装。2，继承。3，多态。

概念

继承是类设计层次的复用。

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，称派⽣类。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。

示例

比如我们有以下两个类：

#include<iostream>
using namespace std;class Student
{
public:// 进⼊校园/图书馆/实验室刷⼆维码等⾝份认证void identity(){// ...}// 学习void study(){// ...}
protected://姓名string _name = "peter"; //地址string _address;string _tel;int _age = 18;int _stuid;
};class Teacher
{
public: //进⼊校园/图书馆/实验室刷⼆维码等⾝份认证void identity(){// ...}//授课void teaching(){//...}
protected://姓名string _name = "张三";  // 年龄int _age = 18;string _address;string _tel;string _title;
};int main()
{return 0;
}

在实现两个类时，我们发现其中有许多相同的成员变量，而我们将这些相同的成员变量都放在一个类Person中，Student和teacher都继承Person，就可以复⽤这些成员，就 不需要重复定义了，省去了很多⿇烦。

class Person
{
public:// 进⼊校园/图书馆/实验室刷⼆维码等⾝份认证void identity(){cout << "void identity()" << _name << endl;}
protected:string _name = "张三";	//姓名string _address;	//地址string _tel;	//电话int _age = 18;	//年龄
};
class Student : public Person
{
public://学习void study(){// ...}
protected://学号int _stuid;
};
class Teacher : public Person
{
public://授课void teaching(){//...}
protected:string title;
};int main(){Student s;Teacher t;s.identity();t.identity();return 0;}

定义

格式

Person是基类，也称作⽗类。Student是派⽣类，也称作⼦类。

继承和访问方式

继承方式

1，public继承

2，private继承

3，protested继承

访问方式

1，public访问

2，private访问

3，protested访问

类成员/继承方式	public继承	protested继承	private继承
基类的public成员	派生类的public成员	派生类的protested成员	派生类的private成员
基类的protested成员	派生类的protested成员	派生类的protested成员	派生类的private成员
基类的private成员	在派生类中不可见	在派生类中不可见	在派生类中不可见

1，基类private成员在派生类中⽆论以什么方式继承都是不可见的。这⾥的不可⻅是指基类的私有成员还是被继承到了派生类对象中，但是语法上限制派⽣类对象不管在类里面还是类外面都不能去访问它。

2，基类private成员在派⽣类中是不能被访问，如果基类成员不想在类外直接被访问，但需要在派⽣类中能访问，就定义为protected。可以看出保护成员限定符是因继承才出现的。

3，实际上⾯的表格我们进⾏⼀下总结会发现，基类的私有成员在派⽣类都是不可⻅。基类的其他成员在派⽣类的访问⽅式 == Min(成员在基类的访问限定符，继承⽅式)，public > protected > private。（取权限小的做访问方式。）

4，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。

5，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。

实例

#include<iostream>
using namespace std;class Person
{
public:void Print(){cout << _name << endl;}
protected:string _name = "zhangsan"; //姓名
private:int _age;	//年龄
};//class Student : protected Person
//class Student : private Person
class Student : public Person
{
protected:int _stunum; // 学号
};int main()
{Student s;s.Print();return 0;
}

继承类模板

//继承类模板
namespace A
{template<class T>class stack : public std::vector<T>{public:void push(const T& x){//基类是类模板时，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();}bool empty(){return vector<T>::empty();}const T& top() const{return vector<T>::back();}};
}
int main()
{A::stack<int> s;s.push(1);s.push(2);s.push(3);s.push(4);s.push(5);while (!s.empty()){cout << s.top() << " ";s.pop();}cout << endl;return 0;
}

基类和派生类之间的转换

1，public继承的派⽣类对象可以赋值给基类的指针/基类的引⽤。这⾥有个形象的说法叫切⽚或者切割。寓意把派⽣类中基类那部分切出来，基类指针或引⽤指向的是派⽣类中切出来的基类那部分。

2，基类对象不能赋值给派生类对象。

3，基类的指针或者引⽤可以通过强制类型转换赋值给派⽣类的指针或者引⽤。但是必须是基类的指针是指向派⽣类对象时才是安全的。这⾥基类如果是多态类型，可以使⽤RTTI(Run-TimeType Information)的dynamic_cast 来进⾏识别后进⾏安全转换。

继承中的作用域

隐藏规则

1，在继承体系中基类和派生类都有独立的作用域。

2，派生类和基类中有同名成员，派⽣类成员将屏蔽基类对同名成员的直接访问，这种情况叫隐藏。（在派生类成员函数中，可以使用基类::基类成员 显示访问）

3，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。

4，注意在实际中在继承体系⾥⾯最好不要定义同名的成员

选择题

1，A和B类中的两个func构成什么关系（） A. 重载 B.隐藏 C.没关系

2，下⾯程序的编译运⾏结果是什么（） A. 编译报错 B.运⾏报错 C.正常运⾏

class A
{
public:void fun(){cout << "func()" << endl;}
};
class B : public A
{
public:void fun(int i){cout << "func(int i)" << i << endl;}
};void test5()
{B b;b.fun(10);b.fun();
}

1，B
2，	B b;b.fun(10);//编译报错，因为可以调用的参数太少，即应该传参数//b.fun();

派生类的默认成员函数

默认成员函数

默认成员函数：编译器默认生成的。

有6个默认成员函数：构造，析构，拷贝，赋值，两个取地址重载（普通对象和const对象）。

常见的是前4个：构造，析构，拷贝，赋值。

派生类中的实现

在派⽣类中，这⼏个成员函数是如何⽣成的呢？

1，派⽣类的构造函数必须调⽤基类的构造函数初始化基类的那⼀部分成员。如果基类没有默认的构造函数，则必须在派⽣类构造函数的初始化列表阶段显⽰调⽤。

2，派⽣类的拷贝构造函数必须调用基类的拷贝构造完成基类的拷贝初始化。

3，派⽣类的operator=必须要调用基类的operator=完成基类的复制。需要注意的是派⽣类的operator=隐藏了基类的operator=，所以显示调用基类的operator=，需要指定基类作⽤域。

4，派⽣类的析构函数会在被调用完成后⾃动调⽤基类的析构函数清理基类成员。因为这样才能保证派生类对象先清理派生类成员再清理基类成员的顺序。

5，派生类对象初始化先调用基类构造再调派⽣类构造。

6，派生类对象析构清理先调⽤派⽣类析构再调基类的析构。

7，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。那么编译器会对析构函数名进⾏特殊处理，处理成destructor()，所以基类析构函数不加 virtual的情况下，派⽣类析构函数和基类析构函数构成隐藏关系。

综合来看，基类与派生类中的默认成员函数的实现前后顺序：

基类构造函数–>派生类构造函数–>派生类行为–>派生类析构函数–>基类析构函数。、

实现一个不能被继承的类

⽅法1：基类的构造函数私有，派⽣类的构成必须调⽤基类的构造函数，但是基类的构成函数私有化以 后，派⽣类看不⻅就不能调⽤了，那么派⽣类就⽆法实例化出对象。

⽅法2：C++11新增了⼀个final关键字，final修改基类，派⽣类就不能继承了。

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派⽣类私有和保护成员 。

继承与静态成员

基类定义了static静态成员，则整个继承体系⾥⾯只有⼀个这样的成员。⽆论派⽣出多少个派⽣类，都 只有⼀个static成员实例。

多继承及其菱形继承问题

单继承：⼀个派⽣类只有⼀个直接基类时称这个继承关系为单继承

多继承：⼀个派⽣类有两个或以上直接基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，先继承的基类在前⾯，后⾯继承的基类在后⾯，派⽣类成员在放到最后⾯。

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，所以如果不是特别合适，不建议设计出菱形继承这样的模型的。

虚继承

在菱形继承中，菱形继承有数据冗余和⼆义性的问题，为了解决这些问题，c++又实现了虚继承。但是虚继承的底层结构相当的复杂，对性能也有所影响，所以如果不是特别适合，不建议使用菱形继承这样的模型的。

//虚继承
namespace II
{class Person{public:string _name; //姓名/*int _tel;int _age;string _gender;string _address;*/// ...};//使⽤虚继承Person类class Student : virtual public Person{protected:int _num; //学号};//使⽤虚继承Person类class Teacher : virtual public Person{protected:int _id; //编号};//助理class Assistant : public Student, public Teacher{protected:string _majorCourse; //主修课程};
}void test11()
{//使⽤虚继承，可以解决数据冗余和⼆义性II::Assistant a;II::Teacher t;a._name = "peter";t._name = "xiaoming";cout << a._name << endl;cout << t._name << endl;
}

虽然语法支持，但是依旧不建议使用菱形继承等模型。

//不建议使用菱形模型
namespace JJ
{class Person{public:Person(const char* name):_name(name){}string _name; //姓名};class Student : virtual public Person{public:Student(const char* name, int num):Person(name), _num(num){}protected:int _num; //学号};class Teacher : virtual public Person{public:Teacher(const char* name, int id):Person(name), _id(id){}protected:int _id; //职⼯编号};//不要去玩菱形继承class Assistant : public Student, public Teacher{public:Assistant(const char* name1, const char* name2, const char* name3):Person(name3), Student(name1, 1), Teacher(name2, 2){}protected:string _majorCourse; //主修课程 };
}void test12()
{//思考⼀下这⾥a对象中_name是"张三", "李四", "王五"中的哪⼀个？        JJ::Assistant a("张三", "李四", "王五");cout << a._name << endl;
}

多继承指针偏移

下⾯说法正确的是()

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

namespace KK
{class Base1{public:int _b1;};class Base2{public:int _b2;};class Derive : public Base1, public Base2{public:int _d;};
}int main()
{KK::Derive d;KK::Base1* p1 = &d;KK::Base2* p2 = &d;KK::Derive* p3 = &d;return 0;
}

继承和组合

1，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。

2，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。

3，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，基类的内部细节对派⽣类可 ⻅。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。

4，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。

5，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。