C++___继承

Posted 2021-07-25 Y—X

文章目录

• • 1. 继承的概念
  • 2. 继承的定义格式
  • • 2.1 继承关系和访问限定符
  • 3.基类和派生类对象赋值转换
  • 4.继承中的作用域
  • 5. 派生类的默认成员函数
  • 6.继承与友元
  • 7. 继承与静态成员
  • 8.复杂的菱形继承及菱形虚拟继承（重点）
  • 9.继承的总结和反思
  • 10. 常见继承题

1. 继承的概念

封装：封装的本质是一种更好的管理，相对c语言面向过程，把数据和方法放到类中进行管理，再通过访问限定符进行限制。

继承：从类设计角度出发，使代码进行复用。

2. 继承的定义格式

Person是父类，也称作基类。Student是子类，也称作派生类。

2.1 继承关系和访问限定符

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. 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。
3. 子类的访问方式：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

3.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。寓意把派生类中属于父类那部分切割赋值过去。

• 基类对象不能赋值给派生类对象。

• 基类的指针或引用可以通过强制类型转换赋值给派生类的指针或引用。但是必须是基类的指针是指向派生类对象时才是安全的。

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

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

int main()
{
	Person p;
	Student s;
	//派生类可以赋值给基类对象/引用/指针
	p = s;
	Person& p1 = s;
	Person* p2 = &s;
	//基类不能赋值给派生类对象
	//s = p;

	//基类的指针，引用可以通过强制类型转换赋给派生类的指针，引用
	Student* s1 = (Student*)p2;
	Student& s2 = (Student&)p1;
	return 0;
}

以上都是在共有继承的前提下进行操作的。

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.在不同作用域函数名相同就构成隐藏，同一作用域构成重载。
3. 注意在实际中在继承体系里面最好不要定义同名的成员。

5. 派生类的默认成员函数

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 = "小明", int num = 1)
		:Person(name)
		,_num(num)
	{}

	Student(const Student& s)
		:Person(s)
		,_num(s._num)
	{}

	Student& operator=(const Student& s)
	{
		if (this != &s)
		{
			Person::operator=(s);//必须显示调用，否则会隐藏
			_num = s._num;
		}
		return *this;
	}

	//1.子类的析构函数和父类的析构函数构成隐藏
	//所有类的析构函数名字会被同意处理成destructor
	~Student()
	{
		//Person::~Person();
	}

protected:
	int _num;//学号
};

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。

6.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。

7. 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。

8.复杂的菱形继承及菱形虚拟继承（重点）

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。

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

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
};

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";
}

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

为了解决菱形继承的二义性和数据冗余的问题，引入了虚拟继承。

在上面的继承关系中，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。

这样就是改的同一个位置。

下面来看看虚拟继承解决数据冗余和二义性的原理，我们给出了一个简化的菱形继承继承体系，再借助内存窗口观察对象成员的模型。

#include <iostream>

using namespace std;

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

这里是通过了B和C的两个指针，指向的一张表。这两个指
针叫虚基表指针，这两个表叫虚基表。虚基表中存的是当前位置距离虚基类对象的偏移量。通过偏移量可以找到下面的A。

9.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：
   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。

4. 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。

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。

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。

10. 常见继承题

1.什么是菱形继承？菱形继承的问题是什么？

• 菱形继承：派生类继承了多个基类，而这多个基类又同时继承了同一个类
• 菱形继承有数据冗余和二义性的问题。

2.什么是菱形虚拟继承？如何解决数据冗余和二义性的

• 虚拟继承：在基类对象前加virtual关键字，定义虚拟继承。
• 将冗余的数据单独开辟空间进行保存（解决了数据冗余问题），使用虚表指针指向虚表，虚表中保存了从基类成员（冗余的成员）到冗余数据保存位置的偏移量。通过该偏移量可以找到冗余的数据，从而解决了二义性问题。

3.继承和组合的区别？什么时候用继承？什么时候用组合？

• public继承是一种 is -a 关系，组合是一种 has -a的关系。
• 软件工程里面，认为组合好。能用has-a组合就用组合，组合更符合高内聚，低耦合。is-a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。