繼承的概念及定義

繼承的概念

繼承機(jī)制是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)使代碼可以復(fù)用的最重要的手段，它允許程序員在保持原有類特性的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，增加功能，這樣產(chǎn)生新的類，稱派生類。繼承呈現(xiàn)了面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的層次結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)了由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的認(rèn)知過程。以前我們接觸的復(fù)用都是函數(shù)復(fù)用，繼承使類設(shè)計(jì)層次的復(fù)用。

class Person
{
public:
	void Print()
	{
		cout << "name:" << _name << endl;
		cout << "age:" << _age << endl;
	}

protected:
	string _name = "peter"; 
	int _age = 18; 
};

class Student : public Person
{
protected:
	int _stuid;
};

int main()
{
	Student s;
	s.Print();

	return 0;
}

以上代碼中，繼承后父類Person的成員(成員函數(shù)+成員變量)都會(huì)變成子類的一部分。Student復(fù)用了Person的成員。

繼承定義

定義格式

繼承關(guān)系和訪問限定符

繼承基類成員訪問方式的變化

總結(jié)：

1.基類private成員在派生類中無論以什么方式繼承都是不可見的。這里的不可見是指基類的私有成員還是會(huì)被繼承到派生類對(duì)象中，但是語法上限制派生類對(duì)象不管在類里面還是在類外面都不能去訪問它。

2.基類private成員在派生類中不能被訪問，如果基類成員不想在類外直接被訪問，但需要在派生類中能訪問，就定義為protected?？梢钥闯霰Ｗo(hù)成員限定符是因繼承才出現(xiàn)的。

3.基類的私有成員在子類都是不可見。基類的其他成員在子類的訪問方式==Min(成員在基類的訪問限定符，繼承方式)，public -> protected -> private。

4.使用關(guān)鍵字class時(shí)默認(rèn)的繼承方式是private，使用struct時(shí)默認(rèn)的繼承方式是public，不過最好顯示寫出繼承方式。

5.在實(shí)際運(yùn)用中一般都是用public繼承，幾乎很少使用protected/private繼承。protected/private繼承下來的成員都只能在派生類的類里面使用，實(shí)際中擴(kuò)展維護(hù)性不強(qiáng)。

基類和派生類對(duì)象賦值轉(zhuǎn)換

1.派生類對(duì)象可以賦值給基類的對(duì)象/基類的指針/基類的引用，也稱為切片或切割。

2.基類對(duì)象不能賦值給派生類對(duì)象。

3.基類的指針可以通過強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換賦值給派生類的指針。但是必須是基類的指針是指向派生類對(duì)象時(shí)才是安全的。這里基類如果是多態(tài)類型，可以使用RTT的dynamic cast來進(jìn)行識(shí)別后進(jìn)行安全轉(zhuǎn)換。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <iostream>
using namespace std;

class Person
{
public:
	void Print()
	{
		cout << "name:" << _name << endl;
		cout << "age:" << _age << endl;
	}

protected:
	string _name; 
	string _sex;
	int _age; 
};

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

void Test()
{
	Student sobj;
	//1.子類對(duì)象可以賦值給父類對(duì)象/指針/引用
	Person pobj = sobj;
	Person* pp = &sobj;
	Person& rp = sobj;

	//2.基類對(duì)象不能賦值給派生類對(duì)象
	//sobj = pobj; ×報(bào)錯(cuò)

	//3.基類的指針可以通過強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換賦值給派生類的指針
	pp = &sobj;
	Student* ps1 = (Student*)pp;
	ps1->_No = 10;

	pp = &pobj;
	Student* ps2 = (Student*)pp;//雖然可以，但是會(huì)存在越界訪問的問題
	ps2->_No = 10;
}

繼承中的作用域

1.在繼承體系中基類和派生類都有獨(dú)立的作用域。

2.子類和父類中有同名成員時(shí)，子類成員將屏蔽父類對(duì)同名成員的直接訪問，這種情況叫隱藏，也叫重定義。（在子類成員函數(shù)中，可以使用基類::基類成員 顯示地訪問）

3.需要注意的是如果是成員函數(shù)的隱藏，只需要函數(shù)名相同就構(gòu)成隱藏

4.在實(shí)際中繼承體系里面組好不要定義同名的成員

以下代碼中，Student的_num和Person的_num構(gòu)成隱藏關(guān)系，這樣代碼雖然能跑，但非常容易混淆。

Student中的fun和A中的fun不構(gòu)成函數(shù)重載，因?yàn)椴辉谕蛔饔糜?。它們?gòu)成隱藏，成員函數(shù)滿足函數(shù)名相同時(shí)就構(gòu)成隱藏。

class Person
{
public:
	void fun()
	{
		cout << "func()" << endl;
	}
protected:
	string _name; 
	int _num; 
};

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

	void Print()
	{
		cout << "num:" << _num << endl;
	}

protected:
	int _num = 10;
};

void Test()
{
	Student s1;
	s1.Print();
	s1.fun(1);
}

派生類的默認(rèn)成員函數(shù)

1.派生類的構(gòu)造函數(shù)必須調(diào)用基類的構(gòu)造函數(shù)初始化基類的那一部分成員。如果基類沒有默認(rèn)的構(gòu)造函數(shù)，則必須在派生類構(gòu)造函數(shù)的初始化列表階段調(diào)用。

2.派生類的拷貝構(gòu)造函數(shù)必須調(diào)用基類的拷貝構(gòu)造完成基類的拷貝構(gòu)造初始化。

3.派生類的operator=必須要調(diào)用基類的operator=完成基類的賦值。

4.派生類的析構(gòu)函數(shù)會(huì)在被調(diào)用完成后自動(dòng)調(diào)用析構(gòu)函數(shù)清理基類成員函數(shù)。因?yàn)檫@樣才能保證派生類對(duì)象先清理派生類成員再清理基類成員的順序。

5.派生類對(duì)象初始化先調(diào)用基類構(gòu)造再調(diào)用派生類構(gòu)造。

6.派生類對(duì)象析構(gòu)清理先調(diào)用派生類析構(gòu)再調(diào)用基類析構(gòu)。

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

	Person(const Person& p)
	{
		cout << "Person(const Person& p)" << endl;
	}

	Person& operator=(const Person& p)
	{
		cout << "Person operator=(const Person& p)" << endl;
		if (this != &p)
			_name = p._name;

		return *this;
	}

	~Person()
	{
		cout << "~Person()" << endl;
	}

protected:
	string _name;
};

class Student : public Person
{
public:
	Student(const char* name, int num)
		:Person(name)
		, _num(num)
	{
		cout << "Student()" << endl;
	}

	Student(const Student& s)
		:Person(s)
		, _num(s._num)
	{
		cout << "Student(const Student& s)" << endl;
	}

	Student& operator = (const Student& s)
	{
		cout << "Student& operator = (const Student& s)" << endl;
		if (this != &s)
		{
			Person::operator=(s);
			_num = s._num;
		}
		return *this;
	}

	~Student()
	{
		cout << "~Student()" << endl;
	}

protected:
	int _num;
};

void Test()
{
	Student s1("jack", 18);
	Student s2(s1);
	Student s3("rose", 17);
	s1 = s3;
}

繼承與友元

友元關(guān)系不能繼承，也就是說基類友元不能訪問子類私有和保護(hù)成員。

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

void Display(const Person& p, const Student& s)
{
	cout << p._name << endl;
	// cout << s._stuNum << endl; 報(bào)錯(cuò)
}

繼承與靜態(tài)成員

基類定義了static靜態(tài)成員，則整個(gè)繼承體系里面只有一個(gè)這樣的成員。無論派生出多少個(gè)子類，都只有一個(gè)static成員實(shí)例。

class Person
{
public:
	Person()
	{
		++_count;
	}

protected:
	string _name;
public:
	static int _count;
};

int Person::_count = 0;

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

class Graduate : public Student
{
protected:
	string _course;
};

void TestPerson()
{
	Student s1;
	Student s2;
	Student s3;
	Graduate s4;
	cout << "人數(shù)：" << Person::_count << endl;
	Student::_count = 0;
	cout << "人數(shù)：" << Person::_count << endl;
}

int main()
{
	TestPerson();

	return 0;
}

復(fù)雜的菱形繼承及菱形虛擬繼承

菱形繼承

單繼承：一個(gè)子類只有一個(gè)直接父類時(shí)稱這個(gè)繼承關(guān)系為單繼承

多繼承：一個(gè)子類有兩個(gè)或以上直接父類時(shí)稱這個(gè)繼承關(guān)系為多繼承

菱形繼承：是多繼承的一種特殊情況。

菱形繼承的問題：從下面的對(duì)象成員模型構(gòu)造，可以看出菱形繼承有數(shù)據(jù)冗余和二義性的問題。在Assistant的對(duì)象中Person成員會(huì)有兩份。

class Person
{
public:
	string _name;
};

class Student :public Person
{
protected:
	int _num;
};

class Teacher :public Person
{
protected:
	int _id;
};

class Assistant :public Student, public Teacher
{
protected:
	string _mahorCourse;
};

void Test()
{
	//有二義性，無法明確知道訪問的是哪一個(gè)
	Assistant a;
	//a._name = "Peter";

	//需要顯示指定訪問哪個(gè)父類的成員可以解決二義性問題，但是數(shù)據(jù)冗余問題無法解決
	a.Student::_name = "xxx";
	a.Teacher::_name = "yyy";
}

虛擬繼承可以解決菱形繼承的二義性和數(shù)據(jù)冗余的問題。如上面的繼承關(guān)系，在Student和Teacher的繼承Person時(shí)使用虛擬繼承，即可解決問題。需要注意的是，虛擬繼承不要在其他地方使用。（在菱形腰部使用）

class Student :virtual public Person
class Teacher :virtual public Person

虛擬繼承解決數(shù)據(jù)冗余和二義性的原理

為了研究虛擬繼承原理，給出一個(gè)簡(jiǎn)化的菱形繼承體系，再借助內(nèi)存窗口觀察對(duì)象成員的模型。

class A
{
public:
	int _a;
};

class B : public A
{
public:
	int _b;
};

class C : 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;
}

下面是菱形繼承的內(nèi)存對(duì)象成員模型：這里可以看到數(shù)據(jù)冗余

下圖是菱形虛擬繼承的內(nèi)存對(duì)象成員模型：可以看到D對(duì)象中將A放到了對(duì)象組成的最下面，這個(gè)A同時(shí)屬于B和C。這里是通過了B和C的兩個(gè)指針指向的一張表。這兩個(gè)指針叫做虛基表指針，這兩個(gè)表叫做虛基表。虛基表中存的偏移量。通過偏移量可以找到下面的A

訪問繼承的虛基類對(duì)象成員_a，都是取偏移量計(jì)算_a的位置。B的對(duì)象、指針、引用、訪問_a，都要取偏移量計(jì)算_a的位置?？梢钥吹教摾^承后，能解決菱形繼承。但是同時(shí)，對(duì)象模型更復(fù)雜了；其次訪問虛基類成員也要付出一定效率代價(jià)。

繼承的總結(jié)和反思

有了多繼承，就存在菱形繼承，有了菱形繼承，就有菱形虛擬繼承，底層實(shí)現(xiàn)就很復(fù)雜。所以一定不要設(shè)計(jì)出菱形繼承，否則在復(fù)雜度及性能上都有問題。多繼承可以認(rèn)為是C++的缺陷之一，很多后來的OO語言都沒有多繼承，如Java。

繼承和組合

1.public繼承是一種is-a的關(guān)系，也就是每個(gè)派生類對(duì)象都是一個(gè)基類對(duì)象。class B : public A {}

2.組合是一種has-a的關(guān)系。假設(shè)B組合了A，每個(gè)B對(duì)象中都有一個(gè)A對(duì)象。 class B {A _a;}優(yōu)先使用對(duì)象組合，而不是類繼承。繼承允許你根據(jù)基類的實(shí)現(xiàn)來定義派生類的實(shí)現(xiàn)。這種通過生成派生類的復(fù)用通常被稱為白箱復(fù)用(white-box reuse)。

3.術(shù)語“白箱”是相對(duì)可視性而言：在繼承方式中，基類的內(nèi)部細(xì)節(jié)對(duì)子類可見。繼承一定程度破壞了基類的封裝，基類的改變，對(duì)派生類有很大的影響。派生類和基類間的依賴關(guān)系很強(qiáng)，耦合度高。

4.對(duì)象組合是類繼承之外的另一種復(fù)用選擇。新的更復(fù)雜的功能可以通過組裝或組合對(duì)象來獲得。對(duì)象組合要求被組合的對(duì)象具有良好定義的接口。這種復(fù)用風(fēng)格被稱為黑箱復(fù)用(black-box reuse)，因?yàn)閷?duì)象的內(nèi)部細(xì)節(jié)是不可見的。對(duì)象只以“黑箱”的形式出現(xiàn)。組合類之間沒有很強(qiáng)的依賴關(guān)系，耦合度低。優(yōu)先使用對(duì)象組合有助于保持每個(gè)類被封裝。

5.實(shí)際盡量多用組合。組合的耦合度低，代碼維護(hù)性好。不過繼承也有用武之地，有些關(guān)系適合繼承就用繼承；另外要實(shí)現(xiàn)多態(tài)，也必須要繼承。類之間的關(guān)系可以用繼承，也可以用組合時(shí)，就用組合。

到此這篇關(guān)于C++ 超詳細(xì)梳理繼承的概念與使用的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++ 繼承內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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