C++面向对象三大特性：继承

标签：Person 继承 成员 基类 C++ 面向对象 派生类 public 三大

 前言：

众所周知，C++作为一个面向对象的编程语言，有着三大特性：封装，继承，和多态。

在前面的C++学习中，我们大部分所接触的只有封装，现在，就让我们来认识一下继承吧。

一、继承的概念

继承是指一个类（子类）从另一个类（父类）获得属性和行为的过程，它是使得代码得到复用的重要手段，允许程序员在原有类的基础上进行拓展，增加功能，从而产生新的类，我们把新的类叫做派生类，原有的类叫做父类或基类。

就像我们人类父母与子之间的继承，你可以继承你父母留下来的财产，然后还可以获得自己挣来的财产。

在C++中，我们通过“：”冒号，与继承方式来使得一个类继承另外一个类。

class People
{
public:
	void Print()
	{
		cout << _name << endl;
		cout << _age << endl;
	}
private:
	string _name = "小明";
	int _age = 18;
};

class Student :public People
{
private:
	int _stuid = 222222;
};

int main()
{
	Student a;
	a.Print();
	return 0;
}

 以上的代码，我们首先定义了一个People类，随后在定义学生类的时候让它继承了People。继承后父类People的成员变量与成员函数，都会变成子类的一部分。

二、继承的方式

刚刚的代码中，在冒号后面我们用public People的方式继承了父类，那么继承一共有多少种方式了，这些不同方式的继承又有什么不一样的规则呢？

我们知道一个类有三种成员，私有成员，保护成员，和公有成员。在以前的知识里，我们是不是感觉保护成员与公有成员之间好像没啥不一样呢？

事实上，根据这些成员的类型不同，和我们选择的继承方式不一样，对这些基类的成员的继承结果也就不一样。比如基类的私有成员，无论是哪种继承方式，你都不能在子类中访问到。这里的不可见指的是基类的私有成员还是被继承了下来，但语法限制派生类对象不管是在类里面还是类外面都不能去访问它。这就像是你父亲指定了部分财产不能继承给你一样。

一般来说，继承方式与成员的关系如下：

看着是不是很麻烦，实际上很好记忆。

对于成员的公开程度，我们认为private < protexted < public。

因此我们对照表格可以发现，只有小的继承方式那个影响大的成员，比如public继承，因为最大，所以三种变量都不能影响到。而protexted继承比public小，所以将父类中的publlic的变量全部都以protexted的方式继承下来，而对于private继承，就是把父类中的protexted与publci都以private的方式继承下来。

一般来说我们都使用的是public继承，因为另外两种继承方式继承下来的成员只能在派生类里面使用，局限性太大。

父类使用关键字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 我们最好显示的写出继承方式，这样显得清晰明了。

三、基类与派生类对象赋值转换

派生类的对象可以赋值给基类对象/基类指针/基类的引用 ，类似切片一样把子类中继承基类的部分切下来赋值。

class Person
{
protected:
	string _name; // 姓名
	string _sex;// 性别
	int _age; // 年龄
};

class Student : public Person
{
public:
	int _No; // 学号
};

void Test()
{
	Student sobj;
	// 1.子类对象可以赋值给父类对象/指针/引用
	Person pobj = sobj;
	Person* pp = &sobj;
	Person& rp = sobj;

	// 2.基类的指针可以通过强制类型转换赋值给派生类的指针
	pp = &sobj;
	Student * ps1 = (Student*)pp; // 这种情况转换时可以的。
	ps1->_No = 10;

	pp = &pobj;
	Student* ps2 = (Student*)pp; // 这种情况转换时虽然可以，但是会存在越界访问的问题
	ps2->_No = 10;
}

Student s;
Person p;
//
//	// 跟下面机制不一样
//	// 特殊语法规则：不是类型转换，中间没有产生临时变量
p = s;
Person* ptr = &s;
Person& ref = s;
ptr->_name += 'x';
ref._name += 'y';
s._name += 'z';
cout << s._name << endl;
cout << ref._name << endl;
cout << ptr->_name << endl;//打印全部为xyz说明三者指向同一地方。

 我们要特别注意基类对象不能赋值给派生类，因为派生类赋值给基类我们可以理解是切片，这样可以找到基类成员，但你要用基类赋值派生类，又要到哪里寻找派生类其他的成员呢？

 四、继承中的作用域

在继承体系中，派生类与基类都有独立的作用域的。

所以当子类基类中含有同名成员时，例如是同名函数，就构成不了函数重载，因为二者不在同一作用域。

子类和父类中有同名成员， 子类成员将屏蔽父类对同名成员的直接访问，这种情况叫隐藏， 也叫重定义。 （在子类成员函数中，可以 使用 基类 :: 基类成员 显示访问） 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。 因此我们最后不要定义同名变量。

class Person
{
public:
	void fun()
	{
		cout << "func()" << endl;
	}
protected:
	string _name = "李大明";//姓名
	int _num = 111;//身份证号
};

class Student :public Person
{
public:
	void fun(int i)
	{
		Person::fun();
		cout << "func(int i)->" << i << endl;
	}

	void Print()
	{
		cout << " 姓名:" << _name << endl;
		cout << " 身份证号:" << Person::_num << endl;
		cout << " 学号:" << _num << endl;
	}
protected:
	int _num = 999; // 学号
};

void Test()
{
	Student s1;
	s1.Print();

	Student b;
	b.fun(10);
};

int main()
{
	Test();
	return 0;
}

对于以上代码我们可以发现，当我们指定作用域使用时，就不会混淆_num这一成员变量，但是若不指定，就会打印出两个999，也就是说两个num构成了隐藏关系。

Person中的fun与Student中的fun不构成重载，因为不是在同一作用域。

二者构成隐藏，成员函数只要函数名相同就构成隐藏。

五、派生类中的默认成员函数

6 个默认成员函数， “ 默认 ” 的意思就是指我们不写，编译器会变我们自动生成一个，那么在派生类 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。 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. 因为后续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

 

六、友元，静态成员与继承

 友元关系不能继承，也就是说基类友元不能访问子类私有和保护成员。

class Student;
class Person
{
public:
	friend void Display(const Person& p, const Student& s);
protected:
	string _name; // 姓名
};

class Student : public Person
{
protected:
	int _stuNum; // 学号
};

void Display(const Person& p, const Student& s)
{
	cout << p._name << endl;
	cout << s._stuNum << endl;//基类友元不能访问子类私有和保护成员。
}
void Test()
{
	Person p;
	Student s;
	Display(p, s);
}

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 。无论派生出多少个子 类，都只有一个 static 成员实例 。（静态成员在静态区）

七、菱形继承与菱形虚拟继承

一个子类只有一个直接父类时称这个继承关系为单继承 ，也就是说当 一个子类有两个或以上直接父类时，我们就称这个继承关系为多继承 。 单继承：

多继承：

 

由此就衍生出了菱形继承：

但是我们可以发现，菱形继承难免会存在一些数据冗杂与二义性的问题，比如 Person中的成员被Teacher与Student继承，随后Assistant中难免会继承重复，（都是Person的成员）。

为了解决这个问题，我们提出了虚拟继承这个概念，避免重复继承。

虚拟继承可以解决菱形继承的二义性和数据冗余的问题。如上面的继承关系，在 Student 和 Teacher 的继承 Person 时使用虚拟继承，即可解决问题。需要注意的是，虚拟继承不要在其他地 方去使用。

class Person
{
public :
 string _name ; // 姓名
};
class Student : virtual public Person
{
protected :
 int _num ; //学号
};
class Teacher : virtual public Person
{
protected :
 int _id ; // 职工编号
};
class Assistant : public Student, public Teacher
{
protected :
 string _majorCourse ; // 主修课程
};
void Test ()
{
 Assistant a ;
 a._name = "peter";
}

倘若我们不使用virtual进行虚拟继承，那就有可能出现不能分辨_name的情况。

注意，虚拟继承一定要在可能导致二义性的继承位置去使用，比如出现A->B,A->C,B->D,C->E,E->F,D->F的菱形继承时，一定是在B与C使用虚拟继承而不是E与D

总结：

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。 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。

继承是C++中非常重要的概念，它不仅提高了代码的重用性，还为多态性提供了基础。在实际开发中，合理使用继承可以大大提高代码的维护性和扩展性。

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