适合具备 C 语言基础的 C++ 教程

Posted 2021-04-03 wenzi嵌入式软件

前言

在上一则教程中，着重讲述了派生类继承于父类之后的一些访问控制，在本次教程中，将介绍如下几个点：派生类扩展父类功能，派生类的空间分布，以及多重继承的相关概念。

派生类扩展父类的功能

在前文所述的 Father类我们通常也称之为父类或者说称之为基类，而 Son类我们则称之为子类或者是派生类，我们知道通过public继承的方式Son类可以继承到父类的 it_skill,那么我们可不可以将这个继承得到的 it_skill发扬光大呢？实际上是可以的，用更加专业的话来讲就是覆写，也就是 override,代码如下所示：

class Son : public Father
{
private:
    int toy;
public:
    void paly_game(void)
    {
        cout << "son play game" << endl;
    }

    void it_skill(void)
    {
        cout << "son's it skill" << endl;
    }
};

注意上述的it_skill和Father类的 it_skill是相同的一个函数，只是在 Son类里对这个函数进行了覆写，这个时候，如果向如下方式调用 it_skill，那么就会调用的是 Son类里面定义的 it_skill。

int main(int argc, char **argv)
{
    Son s;

    s.it_skill();

    return 0;
}

派生类的空间分布（内存分布）

在讲述派生类的空间分布的时候，我们采用 Person类和 Student类进行阐述，首先 Person类具有如下的属性：

class Person
{
private:
    char *name;
    int age;
public:
    int address;

    void setName(char *name)
    {/*省略*/}
    void setAge(int age)
    {/*省略*/}

    Person(char *name, int age)
    {/*省略*/}

    ~Person()
    {/*省略*/}
};

然后，Student类以 public的方式从 Person类中继承而来，代码如下所示：

class Student : public Person
{
private:
    int grade;
public:
    void setGrade(int grade)
    {
        this->grade = grade;
    }

    int getGrade(void)
    {
        return this->grade;
    }

    /*override*/
    void printInfo(void)
    {
        cout << "Student";
        person::printfInfo();
    }
};

上述就是Student类以 public方式继承自 Person类的一个例子，因为 Student类中也存在其自身的私有数据成员，所以，总的来说，Person类和Student类之间的关系如下所示：

image-20210210215953484

通过上述的示意图可以清楚地知晓Student类和 Person类之间的关系，那么假设现在有如下所示的一句代码：

Student s;
Person &p = s; 

那么对于p来说，它引用的是 s里面继承于 Person里的那部分，为了更清楚地说明这个问题，我们编写如下所示的一个函数：

void test_func(Person &p)
{
    p.printInfo();
}

基于上述代码的基础上，我们继续来编写主函数代码：

int main(int argc, char **argv)
{
    Person p("lisi", 16);

    Student s;
    s.setName("zhangsan");
    s.setAge(16);

    test_func(p);
    test_func(s); 

    s.printInfo();

    return 0;
}

上述代码运行的结果如下图所示：

image-20210210220743410

通过上述地输出信息，也可以知道，在第十行代码中，test_fun(s) 实参传入地是 Student地实例化对象，但是在执行代码地时候，它执行的是Person类的 printInfo函数，也就是说，虽然传进去的是 Student的实例化对象，但是真正起作用的是实例化对象中继承自 Person类的那部分。

多重继承

多重继承也就如字面意思一样，就是说派生类继承自多个父类，这就称之为是多重继承，简单来说，就是一个派生类可以有多个基类。基于上面的叙述，我们用一个例子来说明，比如我们现在有如下两个基类：

class Sofa {
public:
    void watchTV(void) { cout<<"watch TV"<<endl; }
};

class Bed {
public:
    void sleep(void) { cout<<"sleep"<<endl; }
};

那我们现在有一个派生类从这两个基类继承而来，代码如下所示：

class Sofabed : public Sofa, public Bed {
};

既然是从两个基类中继承而来，自然也就满足在之前的教程里所述的访问控制的原则，并为继承所得到的派生类也满足基类所具备的一些特性：

int main(int argc, char **argv)
{
    Sofabed s;
    s.watchTV();
    s.sleep();
    return 0;
}

上述代码的执行结果也显而易见，执行结果如下所示：

image-20210219160149329

存在的问题

在上述的例子中，我们使用多重继承的时候，那么这样会带来什么问题呢？我们将上述的两个基类的数据成员和成员函数进行补充：

class Sofa
{
private:
    int weight;
public:
    void WatchTV(void) { cout << "watch TV" << endl;}
    void setWeight(int weight) {this->weight = weight;}
    void getWeight(void) {return this->weight;}
};

class bed
{
private:
    int weight;
public:
    void sleep(void) {cout << "sleep" << endl;}
    void setWeight(int weight) {this->weight = weight;}
    void getWeight(void) {return this->weight;}
};

上述代码我们又增添了两个基类的数据成员以及成员函数，这样也会出现一个问题。如果我们仍然像之前的那样继承的方式继承两个基类：

class Sofabed : public Sofa,public bed
{

};

这样子就会存在一个问题，如果我们在主函数这样子定义了一个实例化对象，并调用它的成员函数：

int main(int argc,char **argv)
{
    Sofabed s;
    s.setWeight(100); /* error */
    return 0;
}

这个时候s从 Sofa和bed两个类中继承而来，那么自然也就具备了Sofa和bed的属性，但是这个时候实例化的 s调用 setWeight的时候，并不知道操作的是从哪里继承而来的weight，因此也就造成了错误（注释表明了error）。如果在不更改继承方式的前提下，也可以这样书写避免错误：

s.Sofa::setWeight(100);

但是这样书写一方面看着是存在冗余，一方面是实际上就多出来了一个无用的 weight。因此，为了解决上述的问题，就引入了虚拟继承的概念。

虚拟继承

为了改进上述的代码，引入虚拟继承的概念，在这里，我们多引入一个类，Furniture类，然后，Sofa和bed都虚拟继承自Furniture，Sofabed从Sofa和bed中继承而来，下图是这几个类之间的一个关系图：

image-20210219162331887

从上图中我们看到Sofa和 bed都是虚拟继承自Furniture，下面是各个类的代码实现：

class Furniture
{
private:
    int weight;
public:
    void setWeight(int weight) { this->weight = weight; }
    int getWeight(void) const { return weight; }
};

然后是 Sofa的类的实现：

class Sofa : virtual public Furniture
{
private:
    int a;
public：
    void watchTV(void) {cout << "watch TV" << endl;}
};

紧接着是 bed的实现代码：

class bed : virtual public Furniture
{
private:
    int b;
public:
    void sleep(void) {cout << "sleep" << endl;}
};

紧接着是 Sofabed的代码实现：

class Sofabed : public Sofa, public Bed {
private:
    int c;
};

然后，我们紧接着我们看主函数的代码：

int main(int argc,char **argv)
{
    Sofabed s;
    s.setweight(100);
    return 0;
}

上述代码就没有出错，为什么这样就没有出错呢，我们来看每个每个类以及实例化对象的空间分布：

image-20210219163214150

我们可以看到通过 virtual(虚拟)继承的方式，Sofa和Bed的weight公用的是一块内存空间，那么这个时候操作 s的时候也就不存在二义性了。

再论构造函数的调用顺序

在前面的教程中，已经多次提及了构造函数的执行顺序，接下来也有必要就此问题继续谈一下当存在多重继承时，以及存在虚拟继承时，这个时候构造函数的调用顺序又是怎么样的？同样的，我们采用打印消息的方式来了解这个执行过程，为了更好地说明这个问题，我们引入如下几个类：Furniture类，Vertification3c类，Sofa类、Bed类、SofaBed类、LeftRightCom类以及LeftRightSoftbed类，这几个类之间的关系如下所示：

image-20210219211646808

下面是这几个类的代码实现，首先是Furniture类和Vertifivation类的代码实现：

class Furniture 
{
private:
    int weight;
public:
    void setWeight(int weight) { this->weight = weight; }
    int getWeight(void) const { return weight; }
public:
    Furniture() { cout <<"Furniture()"<<endl; }
};

class Vertification3C 
{
public:
    Vertification3C() { cout <<"Vertification3C()"<<endl; }
};

由上述框图可以知道，Sofa和Bed都是虚拟继承自Furniture和Vertication3C，那么代码实现如下所示：

class Sofa : virtual public Furniture , virtual public Vertification3C
{
private:
    int a;
public:
    void watchTV(void) { cout<<"watch TV"<<endl; }
public:
    Sofa() { cout <<"Sofa()"<<endl; }
};

class Bed : virtual public Furniture, virtual public Vertification3C 
{
private:
    int b;
public:
    void sleep(void) { cout<<"sleep"<<endl; }
public:
    Bed() { cout <<"Bed()"<<endl; }
};

然后，我们又知道 Sofabed是继承自Sofa和Bed，那么 Sofabed的代码如下所示：

class Sofabed : public Sofa, public Bed 
{
private:
    int c;
public:
    Sofabed() { cout <<"Sofabed()"<<endl; }
};

在上述基础上，我们继续来实现LeftRightCom类以及 Data类和Type类：

class LeftRightCom 
{
public:
    LeftRightCom() { cout <<"LeftRightCom()"<<endl; }
};

class Date 
{
public:
    Date() { cout <<"Date()"<<endl; }
};

class Type 
{
public:
    Type() { cout <<"Type()"<<endl; }
};

最后，我们来实现 LeftRightSofabed，代码实现如下所示：

class LeftRightSofabed : public Sofabed, public LeftRightCom {
private:
    Date date;
    Type type;

public:
    LeftRightSofabed() { cout <<"LeftRightSofabed()"<<endl; }

};

最后，为了弄清楚构造函数的调用顺序，我们在主函数里进行实例化对象：

int main(int argc, char **argv)
{
    LeftRightSofabed s;
    return 0;
}

上述代码的执行结果如下所示：

image-20210219212921346

在剖析构造函数的调用顺序之前，我们先明确如下几个原则：

• 1、先调用虚拟基类构造函数：按照继承顺序，只执行一次

• 2、然后调用非虚拟基类构造函数，按照继承顺序

• 3、然后是类的对象成员（按照声明的顺序）

• 4、最后是类自己的构造函数

按照上述这个分析原则，很容易就能够得出构造函数的执行顺序就是如运行结果所示，如果在 LeftRightSofabed类的定义中，我们将其更改为如下方式：

class LeftRightSofabed : public Sofabed, virtual public LeftRightCom {
private:
    Date date;
    Type type;

public:
    LeftRightSofabed() { cout <<"LeftRightSofabed()"<<endl; }

};

那么按照先调用虚拟基类构造函数的这个原则，构造函数的调用顺序如下所示：

image-20210219214038996

小结

本次分享的内容就是这些，本节所涉及到的代码可以到百度云链接中获取：

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