C++继承

Posted 2022-12-09 西科陈冠希

继承

• 继承的基本概念
• • 继承的概念
  • • 实例
  • 继承定义
  • • 格式
    • 2继承关系和访问限定符
• 切片
• • 基本概念及其规则
  • • 图例
• 继承中的作用域
• • 图解+代码实例
• 派生类的默认成员函数
• • 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
  • 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 。
• 复杂的菱形继承及菱形虚拟继承
• • 基本介绍
  • 问题分析及其解决方案
  • • 虚拟继承（virtual）
• 继承的总结和反思

继承的基本概念

面向对象三大特性：

封装，继承，多态。

封装本质是一种更好的管理。
相对于C语言面向过程，数据和方法都放在类中进行管理，再通过访问限定符进行限制。

继承的概念

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。

从类的设计角度，避免重复定义数据和方法，进行类角度的复用。

实例

老师和学生都属于人，但是老师和学生负责的模块不同为了减少冗余，就引入了继承。


这里就能明显看出，我们没有给学生的定义name成员但是可以调用基类的成员，这就是继承。

继承定义

格式

class Student : public Person

public:
	void func()
	
		//cout << _name << endl; // 不可见
		cout << _age << endl;  // protected
	
protected:
	int _stuid; // 学号
;

派生类是Student 继承方式是public 基类是person。

2继承关系和访问限定符

通过上图可以算出有九种组合方式。

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. 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。

public > protected > private

基类的private成员，在子类是不可见的

切片

基本概念及其规则

1. 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。

2. 基类对象不能赋值给派生类对象

3. 基类的指针可以通过强制类型转换赋值给派生类的指针。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-Time Type Information)的dynamic_cast 来进行识别后进行安全转换。

图例

这里子类的成员是要比父类的成员不吻合的，所以当父类通过指针或者引用去指向子类的时候，就会进行切片，将访问的吻合的区域，给指针或者引用。

Person * p= &S；

1.子类对象可以赋值给父类对象/指针/引用
2.基类对象不能赋值给派生类对象
3.基类的指针可以通过强制类型转换赋值给派生类的指针

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。

图解+代码实例

class A

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

public:
	void fun(int i)
	
		cout << "func(int i)->" << i << endl;
	
;

void main()

	B b;
	b.fun(10);
	b.A::fun();
;

这里我们就可以看出我们创建出B的对象b再调用去成员函数fun，此时调用的就是B中的fun，对A中的fun进行利隐藏当我们利用作用于调用A：：这个的时候才会对其进行寻找。

派生类的默认成员函数

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。

后构造的先析构

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

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 。

复杂的菱形继承及菱形虚拟继承

基本介绍

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。

问题分析及其解决方案

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()

	// 这样会有二义性无法明确知道访问的是哪一个
	Assistant a;
	a._name = "peter";

	// 需要显示指定访问哪个父类的成员可以解决二义性问题，但是数据冗余问题无法解决
	a.Student::_name = "xxx";
	a.Teacher::_name = "yyy";

此时就可以在监视窗口中看出，一个a成员有很多个相同的名字，这就二义性无法明确知道访问的是哪一个

虚拟继承（virtual）

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。

原理：

class A

public:
	int _a;
;

// class B : public A
class B : virtual public A

public:
	int _b;
;

// class C : public A
class C : virtual public A

public:
	int _c;
;

class D : public B, public C

public:
	int _d;
;
int main()

	D d;
	cout << sizeof(d) << endl;

	d._a = 0;
	d.B::_a = 1;
	d.C::_a = 2;
	d._b = 3;
	d._c = 4;
	d._d = 5;

	return 0;

这里通过代码可以看到无论修改成员中哪一个继承的类，他们所指向都是同一个，在内存中可以看到，BC类如果修改A中的成员都会通过一个地址去指向那个成员去修改这也就解决了数据的冗余。

这里这张图其实是虚基表的简图，用白话说就是，每一个要修改基类的成员会先通过一个地址去指向修改的类的地址，然后通过地址和偏移量去找到修改内容然后进行统一修改。

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。
2. 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。
3. 继承和组合
   无论是继承还是组合都是类设计角度的复用。
4. 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。
5. 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。
6. 3. 优先使用对象组合，而不是类继承。
7. 4. 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。
8. 5. 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。
9. 6. 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。