c++:继承

Posted 2021-07-17 You are my ghost

文章目录

• 继承
• • 1.继承的概念
  • 2.继承的定义
  • • （1）继承的格式
    • （2）继承方式与访问限定
    • （3）继承基类成员的访问方式
    • • • 总结
  • 3.基类和派生类对象赋值转换
  • 4.继承中的作用域
  • 4.派生类的默认成员函数
  • 5.继承与友元
  • 6.继承与静态成员
  • 8.复杂的菱形继承及菱形虚拟继承
  • • （1）单继承
    • （2）多继承
    • （3）菱形继承
    • （4）虚拟继承

继承

1.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过程。

从类设计出发，避免重复定义数据以及方法，进行类角度的复用

//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。
class Person
{
public:
	void Print()
	{
		cout << "name:" << _name << endl;
		cout << "age:" << _age << endl;
	}
protected:
	string _name = "peter"; // 姓名
	int _age = 18; // 年龄
};
class Student : public Person
{
protected:
	int _stuid; // 学号
};
class Teacher : public Person
{
protected:
	int _jobid; // 工号
};
int main()
{
	Student s;
	Teacher t;
	s.Print();
	t.Print();
	return 0;
}

继承后父类的Person的成员（成员函数+成员变量）都会变成子类的一部分。这里体现出了Student和
Teacher复用了Person的成员。下面我们使用监视窗口查看Student和Teacher对象，可以看到变量的复用。调用Print可以看到成员函数的复用。

2.继承的定义

（1）继承的格式

（2）继承方式与访问限定

（3）继承基类成员的访问方式

权限大小：public>protector>private

class Person
{
public:
	void Print()
	{
		cout << _name << endl;
		cout << _age << endl;
	}
protected:
	string _name="peter"; // 姓名
private:
	int _age=20; // 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;
}

基类调用继承父类的函数，可以访问父类中的private变量以及函数，但如果在子类中定义一个函数去调用父类中的private变量以及函数是不可以的。

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。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。权限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，不过最好显式的写出继承方式。
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。

3.基类和派生类对象赋值转换

只存在于public继承

a.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。叫做切片/切割。寓意把派生类中父类那部分切来赋值过去；

b.基类对象不能赋值给派生类对象；

c.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。

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.基类对象不能赋值给派生类对象
	//sobj = pobj;

	// 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
	pp = &sobj;
	// 子类赋值给子类这种情况转换时可以的。
	Student * ps1 = (Student*)pp; 
	ps1->_No = 10;
	pp = &pobj;
	// 父类赋值给子类；这种情况转换时虽然可以，但是会存在越界访问的问题
	Student* ps2 = (Student*)pp; 
	ps2->_No = 10;
}
void Print(Person& p)
{
	cout << p._name << endl;
	cout << p._sex << endl;
	cout << p._age << endl;
	p._name = "tylor";
	p._sex = "女";
	p._age = 20;
	cout << endl;
	cout << p._name << endl;
	cout << p._sex << endl;
	cout << p._age << endl;
}
int main()
{
	Student s;
	Print(s);
	return 0;
}

函数Print中person的引用只引用了Student的name、sex、age部分；且通过Person的引用可以对Student对象进行修改。

4.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。

子类中的成员函数与对象会优先调用子类本身的成员函数与成员变量，如果子类没有该函数或成员变量的重定义，便去调用它所继承的父类中的成员函数与成员变量。

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 << " 身份证号:" << Person::_num << endl;
		cout << " 学号:" << _num << endl;
	}
protected:
	int _num = 999; // 学号
};
int main()
{
	Student s;
	s.Print();
	return 0;
}

如图所示，子类直接调用_num调的是本身的_num。person::_num调的是父类的_num;

// 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。
class A
{
public:
	void fun()
	{
		cout << "func()" << endl;
	}
};
class B : public A
{
public:
	void fun(int i)
	{
		cout << "func(int i)->" << i << endl;
	}
};
int main()
{
	B b;
	b.fun(10);
	b.A::fun();
};

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。

4.派生类的默认成员函数

6个默认成员函数

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。

函数的调用顺序

class Person
{
public:
	Person(const char* name = "peter")
		: _name(name)
	{
		cout << "Person()" << endl;
	}
	Person(const Person& p)
		: _name(p._name)
	{
		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; // 姓名
};
class Student : public Person
{
public:
	Student(const char* name="peter", int num=1)
		: 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; //学号
};
int main()
{
	Student s1("jack", 18);
	Student s2(s1);
	Student s3("rose", 17);
	s1 = s3;
}

**下图显示了三个student对象调用函数的顺序 **

5.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
{
public:
	int _stuNum; // 学号
};
void Display(const Person& p, const Student& s)
{
	cout << p._name << endl;
	//不能访问，因为友元关系无法继承；若要允许访问，可以在子类中重写友元函数
	cout << s._stuNum << endl;
}
void main()
{
	Person p;
	Student s;
	Display(p, s);
}

6.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
};
class Graduate : public Student
{
protected:
	string _seminarCourse; // 研究科目
};
void TestPerson()
{
	Student s1;
	Student s2;
	Student s3;
	Graduate s4;
	cout << " 人数 :" << Person::_count << endl;
	Student::_count = 0;
	cout << " 人数 :" << Person::_count << endl;
}

Student与Graduate对象调用的均为父类Person的static成员变量；用Student调用_count将其置为零，无论是哪个子类调用过_count，都是将Person类中的_count一次性全都置为零。

8.复杂的菱形继承及菱形虚拟继承

（1）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

（2）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

（3）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。

（4）虚拟继承

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 : public Person
{
protected:
	int _num; //学号
};
class Teacher : public Person
{
protected:
	int _id; // 职工编号
};
//助教，既是学生也是老师
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";
}

虚拟继承可以解决菱形继承的二义性和数据冗余的问题

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";
}