柚子快報(bào)邀請(qǐng)碼778899分享：開發(fā)語言 C++——繼承
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?專欄導(dǎo)讀?文章導(dǎo)讀?繼承的定義方式?繼承方式與訪問限定符?基類和派生類對(duì)象賦值轉(zhuǎn)換?繼承中的作用域?派生類的默認(rèn)成員函數(shù)?繼承與友元?繼承與靜態(tài)成員?復(fù)雜的菱形繼承及菱形虛擬繼承?菱形繼承所引發(fā)的問題?二義性?數(shù)據(jù)冗余
?虛擬繼承解決二義性與數(shù)據(jù)冗余?原理?菱形繼承下的對(duì)象模型?菱形虛擬繼承
?繼承的總結(jié)和反思
?專欄導(dǎo)讀
?作者簡介：花想云，目前大二在讀 ，C/C++領(lǐng)域新星創(chuàng)作者、運(yùn)維領(lǐng)域新星創(chuàng)作者、CSDN2023新星計(jì)劃導(dǎo)師、CSDN內(nèi)容合伙人、阿里云專家博主、華為云云享專家致力于 C/C++、Linux 學(xué)習(xí)
?本文收錄于 C++系列，本專欄主要內(nèi)容為 C++ 初階、C++ 進(jìn)階、STL 詳解等，專為大學(xué)生打造全套 C++ 學(xué)習(xí)教程，持續(xù)更新！
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?文章導(dǎo)讀
本章我們將學(xué)習(xí)C++三大特性之一的繼承。繼承作為C++最重要的特性之一，意味著其難度也是相當(dāng)高的。且繼承同樣為C++另一大特性——多態(tài)的重要基石，非常值得我們深入學(xué)習(xí)~
在C++中，既然將之取名為繼承，自然是因?yàn)榕c現(xiàn)實(shí)中的繼承有某些相似的地方。
繼承(inheritance)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，從而產(chǎn)生一個(gè)新的類，稱之派生類。
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，繼承是類設(shè)計(jì)層次的復(fù)用。
?繼承的定義方式
// 基類（父類）
class Person
{
public:
void test()
{
cout << "Person" << endl;
}
protected:
string _name; // 名字
};
// 派生類（子類）
class Student : public Person
{
private:
int _stuid; // 學(xué)號(hào)
};
·
如上述代碼所示，
我們稱之為Student類繼承了Person類；Person類稱作基類或父類；Student類稱作派生類或者子類；public為一種繼承方式；
當(dāng)子類繼承父類之后，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。例如，當(dāng)我們創(chuàng)建好一個(gè)子類對(duì)象，并查看對(duì)象的成員：
當(dāng)然我們還可以調(diào)用父類Person中的成員函數(shù)：
?繼承方式與訪問限定符
在學(xué)習(xí)類時(shí)，我們曾經(jīng)認(rèn)識(shí)了 3 個(gè)訪問限定符：
public —— 公有訪問protected —— 保護(hù)訪問private —— 私有訪問
在繼承中，這三個(gè)關(guān)鍵字同樣可以表示 3 種繼承方式：
public —— 公有繼承protected —— 保護(hù)繼承private —— 私有繼承
雖然這兩組概念中，這 3 個(gè)關(guān)鍵字都是相同的，但是所表達(dá)的意義卻不同。繼承方式與訪問限定符(指基類中）共同決定了子類中成員的訪問權(quán)限的上限。我們可以用一張表來展示繼承方式與訪問限定符的不同組合：
基類成員/繼承方式public繼承protected繼承private繼承基類的public成員派生類的public成員派生類的protected成員派生類的private成員基類的protected成員派生類的protected成員派生類的protected成員派生類的private成員基類的private成員在派生類中不可見在派生類中不可見在派生類中不可見
?重要的結(jié)論
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被繼承到了派生類對(duì)象中，但是語法上限制派生類對(duì)象不管在類里面還是類外面都不能去訪問它?；恜rivate成員在派生類中是不能被訪問，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。實(shí)際上面的表格我們進(jìn)行一下總結(jié)會(huì)發(fā)現(xiàn)，基類的私有成員在子類都是不可見?；惖钠渌蓡T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。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，不過最好顯示的寫出繼承方式。在實(shí)際運(yùn)用中一般使用都是public繼承，幾乎很少使用protetced/private繼承，也不提倡使用protetced/private繼承，因?yàn)閜rotetced/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
在之前的學(xué)習(xí)中，我們知道一個(gè)類型的對(duì)象賦值給另一個(gè)類型相似的對(duì)象時(shí)，會(huì)發(fā)生隱式類型轉(zhuǎn)換并生成一個(gè)中間臨時(shí)變量。例如：
double d = 1.1;
int i = d; // 隱式類型轉(zhuǎn)換
在繼承中，子類對(duì)象也可以賦值給一個(gè)父類對(duì)象，但并不會(huì)發(fā)生類型轉(zhuǎn)換。有如下注意事項(xiàng)：
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。這里有個(gè)形象的說法叫切片或者切割。寓意把派生類中父類那部分切來賦值過去。
class Person
{
public:
void test()
{
cout << "Person" << endl;
}
protected:
string _name;
};
class Student : public Person
{
public:
void test()
{}
private:
int _stuid;
};
int main()
{
Student s;
// 1.子類對(duì)象可以賦值給父類對(duì)象/指針/引用
Person p = s;
Person* p_str = &s;
Person& p_ref = s;
return 0;
}
基類對(duì)象不能賦值給派生類對(duì)象。
//2.基類對(duì)象不能賦值給派生類對(duì)象
//s = p;
基類的指針或者引用可以通過強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換賦值給派生類的指針或者引用。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。
// 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
p_str = &s;
Student* s_ptr1 = (Student*)p_str; // 正確
p_str = &p;
Student* s_ptr1 = (Student*)p_str; // 有越界訪問的危險(xiǎn)
?繼承中的作用域
在繼承體系中基類和派生類都有獨(dú)立的作用域。我們需要注意以下事項(xiàng)：
子類和父類中有同名成員，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；
class Person
{
public:
void print()
{
cout << "Person" << endl;
}
protected:
string _name = "person";
};
class Student : public Person
{
public:
void test()
{
cout << _name << endl;
}
private:
string _name = "peter";
int _stuid;
};
int main()
{
Student s;
s.test();
return 0;
}
在子類成員函數(shù)中，可以使用 基類::基類成員 顯示訪問；
class Person
{
public:
void print()
{
cout << "Person" << endl;
}
protected:
string _name = "person";
};
class Student : public Person
{
public:
void test()
{
cout << Person::_name << endl;
}
private:
string _name = "peter";
int _stuid;
};
int main()
{
Student s;
s.test();
return 0;
}
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（注意區(qū)別隱藏與函數(shù)重載，函數(shù)重載只發(fā)生在同一作用域）；
class Person
{
public:
void print()
{
cout << "In Person" << endl;
}
protected:
string _name = "person";
};
class Student : public Person
{
public:
void print()
{
cout << "In Student" << endl;
}
private:
string _name = "peter";
int _stuid;
};
int main()
{
Student s;
s.print();
return 0;
}
注意在實(shí)際中在繼承體系里面最好不要定義同名的成員（易混淆）。
?派生類的默認(rèn)成員函數(shù)
6個(gè)默認(rèn)成員函數(shù)，“默認(rèn)”的意思就是指我們不寫，編譯器會(huì)變我們自動(dòng)生成一個(gè)，那么在派生類中，這幾個(gè)成員函數(shù)是如何生成的呢？
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)的初始化列表階段顯示調(diào)用。
class Person
{
public:
Person(const string& name)
:_name(name)
{
cout << "Person(const string& name)" << endl;
}
/*Person(const Person& p)
:_name(p._name)
{
cout << "Person(const Person& p)" << endl;
}*/
protected:
string _name;
};
class Student : public Person
{
public:
Student(const string name,int id)
:Person(name) // 顯示調(diào)用構(gòu)造函數(shù)
, _stuid(id)
{
cout << "Student(const string name,int id)" << endl;
}
/*Student(const Student& s)
:Person(s)
, _stuid(s._stuid)
{
cout << "Student(const Student& s)" << endl;
}*/
private:
int _stuid;
};
int main()
{
Student s("peter",12345);
return 0;
}
派生類的拷貝構(gòu)造函數(shù)必須調(diào)用基類的拷貝構(gòu)造完成基類的拷貝初始化；
class Person
{
public:
// ...省略之前代碼
Person(const Person& p)
:_name(p._name)
{
cout << "Person(const Person& p)" << endl;
}
protected:
string _name;
};
class Student : public Person
{
public:
// ...省略之前代碼
Student(const Student& s)
:Person(s)
, _stuid(s._stuid)
{
cout << "Student(const Student& s)" << endl;
}
private:
int _stuid;
};
int main()
{
Student s1("peter",12345);
Student s2(s1);
return 0;
}
派生類的operator=必須要調(diào)用基類的operator=完成基類的復(fù)制；
class Person
{
public:
// ...省略之前代碼
Person& operator=(const Person& p)
{
cout << "Person operator=(const Person& p)" << endl;
if (this != &p)
_name = p._name;
return *this;
}
protected:
string _name;
};
class Student : public Person
{
public:
// ...省略之前代碼
Student& operator=(const Student& s)
{
if (this != &s)
{
Person::operator=(s); // 調(diào)用基類的賦值重載
_stuid = s._stuid;
}
cout << "Student& operator=(const Student& s)" << endl;
return *this;
}
private:
int _stuid;
};
int main()
{
Student s1("peter",12345);
Student s2("xxxx",0);
s2= s1;
return 0;
}
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)用基類的析構(gòu)函數(shù)清理基類成員。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。
class Person
{
public:
// ...省略之前代碼
protected:
string _name;
};
class Student : public Person
{
public:
// ...省略之前代碼
~Student()
{
cout << "~Student()" << endl;
}
private:
int _stuid;
};
int main()
{
Student s1("peter",12345);
return 0;
}
派生類對(duì)象初始化先調(diào)用基類構(gòu)造再調(diào)派生類構(gòu)造； 派生類對(duì)象析構(gòu)清理先調(diào)用派生類析構(gòu)再調(diào)基類的析構(gòu)；
?繼承與友元
友元關(guān)系是不能繼承的，基類友元不能訪問子類私有和保護(hù)成員（父親的朋友不一定是我的朋友）。
?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；
// 統(tǒng)計(jì)一個(gè)創(chuàng)建了多少個(gè)子類對(duì)象
class Person
{
public:
static int count;
protected:
string _name;
};
int Person::count = 0;
class Student : public Person
{
public:
Student()
{
count++;
}
private:
int _stuid;
};
int main()
{
Student s1;
Student s2;
Student s3;
Student s4;
Student s5;
cout << Person::count << endl;
return 0;
}
?復(fù)雜的菱形繼承及菱形虛擬繼承
一個(gè)類可以被多個(gè)類繼承（有多個(gè)兒子），同樣的，一個(gè)類也可以繼承多個(gè)類（有多個(gè)父親）。
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；
class Person
{};
class Student : public Person
{};
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，多繼承可以類比單繼承，原理類似；
class Teacher
{};
class Student
{};
class Assistant:public Student,public Teacher
{};
菱形繼承：菱形繼承是多繼承的一種特殊情況。當(dāng)派生類繼承的幾個(gè)不同的基類擁有一個(gè)共同的基類；
class Person
{};
class Teacher :public Person
{};
class Student :public Person
{};
class Assistant:public Student,public Teacher
{};
?菱形繼承所引發(fā)的問題
以下是一種菱形繼承：
class Person
{
public:
string _name;
};
class Teacher :public Person
{
protected:
int _id; // 職工編號(hào)
};
class Student :public Person
{
protected:
int _num; //學(xué)號(hào)
};
class Assistant :public Student, public Teacher
{
protected:
string _majorCourse; // 主修課程
};
?二義性
當(dāng)我們定義了一個(gè)Assistant類型的對(duì)象，該對(duì)象的成員中包含兩個(gè)_name，分別是從Student和Teacher所繼承。
int main()
{
Assistant a;
return 0;
}
當(dāng)我們想要訪問_name成員時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)二義性，編譯器并不知道我們要訪問哪一個(gè)_name成員。
cout << a._name << endl;
當(dāng)然，我們可以通過指定類域來訪問：
int main()
{
Assistant a;
cout << a.Student::_name << endl;
cout << a.Teacher::_name << endl;
return 0;
}
?數(shù)據(jù)冗余
數(shù)據(jù)冗余是指，當(dāng)我們創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象時(shí)，它的某個(gè)屬性（某個(gè)成員）只有一個(gè)值即可。但是內(nèi)存中卻實(shí)實(shí)在在的存儲(chǔ)了兩份數(shù)據(jù)，其中有一份數(shù)據(jù)必然是多余的。就如同，現(xiàn)實(shí)中一個(gè)人可能在不同的環(huán)境中有不同的稱呼，但是，身份證上只有一個(gè)名字就夠了。
?虛擬繼承解決二義性與數(shù)據(jù)冗余
C++祖師爺為我們提供了解決菱形繼承問題的當(dāng)法——虛擬繼承。在繼承方式前面加上關(guān)鍵字virtual，如下：
class Person
{
public:
string _name;
};
class Teacher :virtual public Person
{
protected:
int _id; // 職工編號(hào)
};
class Student :virtual public Person
{
protected:
int _num; //學(xué)號(hào)
};
class Assistant :public Student, public Teacher
{
protected:
string _majorCourse; // 主修課程
};
int main()
{
Assistant a;
a._name = "peter";
return 0;
}
注意此時(shí)監(jiān)視窗口雖然依舊看到存在兩個(gè)_name，但其實(shí)在內(nèi)存中只存在一份數(shù)據(jù)，監(jiān)視窗口是編譯器修飾過的，為了方便我們觀察。
?原理
?菱形繼承下的對(duì)象模型
為了便于觀察，我們再來看一組菱形繼承的例子：
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;
}
打開內(nèi)存窗口，輸入對(duì)象d的地址，我們可以粗略的看到對(duì)象模型：
注意，此時(shí)_a的數(shù)據(jù)有兩份，一份屬于B類，一份屬于C類。再來看看加了虛擬繼承之后的效果；
?菱形虛擬繼承
class A
{
public:
int _a;
};
class B : virtual public A
{
public:
int _b;
};
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;
}
打開內(nèi)存窗口，輸入對(duì)象d的地址，我們可以粗略的看到對(duì)象模型：
通過觀察我們可以發(fā)現(xiàn)虛擬繼承與非虛擬繼承的幾個(gè)不同點(diǎn)：
虛擬繼承后，_a只會(huì)保留一份，占用一份內(nèi)存空間；B和C中好像各自多了一個(gè)指針一樣的數(shù)字；
其實(shí)，B和C中存放的奇怪?jǐn)?shù)字就是兩個(gè)指針，我們叫它們——虛基表指針。這兩個(gè)指針分別指向兩張表，稱之為——虛基表。
我們繼續(xù)通過內(nèi)存窗口觀察一下這兩個(gè)表中分別存了什么東西吧。
如圖所示，兩張?zhí)摶碇蟹謩e存了兩個(gè)數(shù)字——20，12。那么這兩個(gè)數(shù)字有何含義呢？它們其實(shí)是偏移量——是_a的位置相對(duì)于B和C起始地址的偏移量。
下圖是上面的Person關(guān)系菱形虛擬繼承的原理解釋：
?繼承的總結(jié)和反思
由于菱形繼承過于復(fù)雜，且使用場景不多，所以在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)盡量減少使用多繼承；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；繼承與組合比較：
public繼承是一種is-a的關(guān)系。也就是說每個(gè)派生類對(duì)象都是一個(gè)基類對(duì)象。 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。 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)。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。 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)象組合有助于你保持每個(gè)類被封裝。 實(shí)際盡量多去用組合。組合的耦合度低，代碼維護(hù)性好。不過繼承也有用武之地的有些關(guān)系就適合繼承那就用繼承，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，可以用組合，就用組合。
本章的內(nèi)容就到這里了，覺得對(duì)你有幫助的話就支持一下博主吧~
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