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C++进阶 继承

时间：2024-07-23 22:55:48浏览次数：19  
标签：进阶 继承 子类 成员 基类 C++ Person 派生类

目录

继承的概念及定义

继承概念

继承定义

定义格式

 继承关系和访问限定符

 继承基类成员访问方式的变化

基类和派生类对象赋值转换

继承中的作用域

派生类的默认成员函数

构造函数

 拷贝构造函数

 赋值运算符重载

析构函数

总结

继承与友元

继承与静态成员

浅谈复杂的菱形继承及菱形虚拟继承

继承与组合

继承的概念及定义

继承概念

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，它允许程序员在保 持原有类特性的基础上进行扩展，增加功能，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。以前我们接触的复用都是函数复用，继 承是类设计层次的复用。

class Person
{
public:
	void Print()
	{
		cout << "name:" << _name << endl;
		cout << "age:" << _age << endl;
		//cout << _tel << endl;
	}
	string _name = "peter"; // 姓名

protected:
	int _age = 18; // 年龄

private:
	// 父类定义本质，不想被子类继承
	int _tel = 110;

};

// 继承的父类的成员
class Student : public Person
{
public:
	void func()
	{
		// 子类用不了（不可见）
		//cout << _tel << endl;

		// 子类可以用
		cout << _name << endl;
		cout << _age << endl;

	}
protected:
	int _stuid; // 学号
};

class Teacher : public Person
{
protected:
	int _jobid; // 工号
};

int main()
{
	Person p;
	p.Print();

	Student s;
	s.Print();
	s._name = "张三";

	Teacher t;
	t._name = "张老师";
	return 0;
}

简单理解一下：父类的_name为公有public成员，子类可以修改公有，并且修改之后不影响另一个用父类类型的变量，而_age为保护protected成员，_tel为私有private成员，子类不可访问私有成员，但可以访问保护成员，如果想看父类的私有成员变量，可以在父类中定义一个公有成员函数进行访问。

继承定义

定义格式

下面我们看到Person是父类，也称作基类。Student是子类，也称作派生类。

 继承关系和访问限定符

 简单来说：public继承方式子类可以直接用，protected继承方式子类不可直接用，private继承方式子类不可用。

 继承基类成员访问方式的变化

类成员/继承方式public继承 protected继承 private继承
基类的public 成员派生类的public成员派生类的protected 成员派生类的private 成员
基类的protected 成员 派生类的protected 成员派生类的protected 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

总结：

  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。这里的不可见是指基类的私 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. 基类的私有成员在子类都是不可见。基类的其他成员在子类的访问方式 == Min(成员在基类的访问限定符，继承方式)，public > protected > private。
  4. 使用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。

基类和派生类对象赋值转换

派生类对象可以赋值给基类的对象 / 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，寓意把派生类中父类那部分切来赋值过去。

基类对象不能赋值给派生类对象。只能子类对象赋值给父类对象。

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(RunTime Type Information)的dynamic_cast 来进行识别后进行安全转换。

int main()
{
	Student s;
	Person p;

	// 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';

	int i = 1234;
	printf("%x\n", i);

	// 类型转换
	// 截断
	char ch = i;
	printf("%x\n", ch);
	// 提升
	i = ch;
	printf("%x\n", i);

	//临时变量具有常性
	const char& refch = i;

	return 0;
}

此处的ptr，ref修改后会影响到s，三者修改是同步进行的，原因是三者是同一个对象。

并且由于ptr和ref是用person作为类型，需要切割，只对父类那部分有作用。

继承中的作用域

  1. 在继承体系中基类和派生类都有独立的作用域。
  2. 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）
  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。
class Person
{
protected:
	string _name = "小李子"; // 姓名
	int _num = 111; // 身份证号
};

class Student : public Person
{
public:
	void Print()
	{
		cout << " 姓名:" << _name << endl;
		cout << " 学号:" << _num << endl;   // 隐藏/重定义
		cout << " 学号:" << Person::_num << endl;
	}
protected:
	int _num = 999; // 学号
};

 以上为同名成员变量的隐藏，Student的_num和Person的_num构成隐藏关系，可以看出这样代码虽然能跑，但是非常容易混淆。

class A
{
public:
	void fun()
	{
		cout << "func()" << endl;
	}
};

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

B中的fun和A中的fun不是构成重载，因为不是在同一作用域

B中的fun和A中的fun构成隐藏，成员函数满足函数名相同就构成隐藏。

int main()
{
	B bb;
	//bb.fun();  编译报错
	bb.fun(0);
	bb.A::fun();
	return 0;
}

如果我们调用以上的fun函数，可以发现bb.fun()无法编译通过，原因为缺少参数，因为bb.fun默认调用的是子类自己的fun函数，他需要传一个参数i，如果要调用父类的fun可以使用基类::基类成员显示访问。

派生类的默认成员函数

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(这个我们后面会讲 解)。那么编译器会对析构函数名进行特殊处理，处理成destrutor()，所以父类析构函数不加 virtual的情况下，子类析构函数和父类析构函数构成隐藏关系。

class Person
{
public:
	Person(const char* name = "")  //构造
		: _name(name)
	{
		cout << "Person()" << endl;
	}

	Person(const Person& p)    //拷贝构造
		: _name(p._name)
	{
		cout << "Person(const Person& p)" << endl;
	}

	Person& operator=(const Person& p)   //赋值运算符重载
	{
		cout << "Person operator=(const Person& p)" << endl;
		if (this != &p)
			_name = p._name;
		return *this;
	}

	~Person()  //析构
	{
		cout << "~Person()" << endl;
		delete[] _str;
	}
protected:
	string _name; // 姓名

	char* _str = new char[10] { 'x', 'y', 'z'}; //开辟空间
};

 假设我们以person这个类作为父类，以他为例介绍子类的四个默认成员函数：

//子类成员变量
protected:
	int _x = 1;
	string _address = "adrs";
	string _name;

	int* _ptr = new int[10];

构造函数

	// 父类构造显示调用，可以保证先父后子
	Student(const char* name = "abc", int x = 0, const char* address = "")
		:_x(x)
		, _address(address)
		, _name(Person::_name + 'x')
		, Person(name)//按照声明顺序，依旧先走person（name）
	{}

注意：无论父类那部分在初始化列表中放第一个还是最后一个，编译器默认先走父类的构造函数，原因是父类声明顺序在前，按照声明顺序进行构造。所以无论_name(Person::_name + 'x')在前还是在后，person::name永远是一个有效值，而非随机值。以下为图例：

 总结一下子类默认生成的构造函数一共分为以下几个部分：

  1. 父类成员（整体） -- 默认构造
  2. 子类自己的内置成员 -- 一般不处理
  3. 子类自己的自定义成员 -- 默认构造

 拷贝构造函数

	Student(const Student& st)
		:Person(st)
		, _x(st._x)
		, _address(st._address)
	{}

拷贝构造函数一般就不需要自己写了，子类成员如果涉及深拷贝，就必须自己实现。 

它分为以下几个部分：

  1. 父类成员（整体） -- 调用父类的拷贝构造
  2. 子类自己的内置成员 -- 值拷贝（浅拷贝）
  3. 子类自己的自定义成员 -- 调用他的拷贝构造

 赋值运算符重载

	Student& operator=(const Student& st)
	{
		if (this != &st)
		{
			Person::operator=(st);
			_x = st._x;
			_address = st._address;
		}
		return *this;
	}

赋值重载跟拷贝构造类似，一般也不用自己去写，如果有深拷贝要自己实现。

析构函数

    // 父类析构不能显示调用，因为显示调用不能保证先子后父	
    ~Student()
	{
		// 析构函数会构成隐藏，所以这里要指定类域
		//Person::~Person();

		cout << "~Student()" << endl;
		delete [] _ptr;
		cout << _str << endl;
	}

由于多态，析构函数的名字会被统一处理成destructor()，那么子类和父类的析构就构成隐藏关系，并且父类析构不能显示调用，因为显示调用不能保证先子后父，子类析构后会自己调用父类的析构函数。

 子类默认生成的析构它分为以下几个部分：

  1. 父类成员（整体） -- 调用父类的析构
  2. 子类自己的内置成员 -- 不处理
  3. 子类自己的自定义成员 -- 调用析构 

总结

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子类私有和保护成员.

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; //无法访问
}

int main()
{
	Person p;
	Student s;
	Display(p, s);
	return 0;
}

通俗的讲，爸爸的朋友不是我的朋友，不能使用我的东西。

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。无论派生出多少个子类，都只有一个static成员实例 。

class Person
{
public:
	Person() { ++_count; }
protected:
	string _name; // 姓名
public:
	static int _count; // 统计人的个数。
};

int Person::_count = 0;

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

int main()
{
	Person p;
	Student s;
    //地址相同，说明是同一个变量
	cout << &Person::_count << endl; //00007FF68F200440
	cout << &Student::_count << endl;//00007FF68F200440

	return 0;
}

浅谈复杂的菱形继承及菱形虚拟继承

单继承：一个子类只有一个直接父类时称这个继承关系为单继承

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。

class Person
{
public:
	string _name; // 姓名
	int _id;
	int _tel;
	int _adress;
};

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

//class Teacher : public Person
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
};

int main()
{
	// 数据冗余和二义性
	Assistant a;
	a.Student::_name = "小李";
	a.Teacher::_name = "李老师";
	a._name = "李益达";

	cout << a._name << endl;

	return 0;
}

如果不加virtual，那么main函数中我们需要访问的_name无法明确是哪一个，可能是teacher中的也可能是student中的，并且两个子类中都有父类的信息，出现了信息冗余。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（在继承方式前加virtual），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。

继承与组合

  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. 实际尽量做到高内聚，低耦合。（父类公有尽可能少）
class Tire {
protected:
	string _brand = "Michelin"; // 品牌
	size_t _size = 17; // 尺寸
};

// 组合
class Car {
protected:
	string _colour = "白色"; // 颜色
	string _num = "京ABIT00"; // 车牌号

	Tire _t; // 轮胎
};

可以靠下面三个例子来分析是用继承还是组合，两个都能用选择组合，降低耦合度。 

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。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，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。

标签：进阶,继承,子类,成员,基类,C++,Person,派生类
From： https://blog.csdn.net/fen_0108/article/details/140576033

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