C++-继承

2024年9月 · 预计阅读时间： 5 分钟

1.什么是继承、继承的访问限定#

在 C++的类中，通过一个类派生出另一个类，即父类派生出子类。子类含有父类的特性。

是面向对象程序设计使代码可以复用的最重要的手段
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

示例：

class Person
{
public:
    void Print()
    {
        cout << "name:" << _name << endl;
        cout << "age:" << _age << endl;
    }
protected:
    string _name = "peter"; // 姓名
    int _age = 18; // 年龄
};

// 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。
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;
}

可以看到继承也是需要指定访问限定符的，继承基类成员访问方式的变化：

类成员/继承方式	public 继承	protected 继承	private 继承
基类的 public 成员	派生类的 public 成员	派生类的 protected 成员	派生类的 private 成员
基类的 protected 成员	派生类的 protected 成员	派生类的 protected 成员	派生类的 private 成员
基类的 private 成员	派生类不可见	派生类不可见	派生类不可见

总结：

基类（父类）的 private 成员，在任何继承下，对派生类（子类）都是不可见的
基类的限定符>派生类的继承方式限定符，则成员的访问限定会缩小至继承方式限定符
Protected 限定符的作用：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。
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。

2.基类和派生类对象赋值转换#

派生类赋值给基类：切割/切片；而基类对象不能赋值给派生类对象。

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。（因为可能会导致指针的越界访问）。

3.继承中的作用域#

在继承体系中基类和派生类都有独立的作用域
如果子类和父类有同名成员，子类成员将屏蔽父类对同名成员的直接访问，这种情况就是屏蔽，也叫重定义。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，不需要参数相同，区分一下重载。
在实际中在继承体系里面最好不要定义同名的成员。

成员变量隐藏：Student 的_num和 Person 的_num构成隐藏关系，可以看出这样代码虽然能跑，但是非常容易混淆

class Person
{
Protected:
    string _name = "小李子";
    int _num = 11;
}

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
}

成员函数隐藏:

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

4.派生类的默认成员函数（与基类的关系）#

6 个默认成员函数，“默认”的意思就是指我们不写，编译器会变我们自动生成一个，那么在派生类中，这几个成员函数是如何生成的呢？

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。
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。
派生类的 operator=
- 必须要调用基类的 operator=完成基类的复制。
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；
- 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。
派生类对象初始化先调用基类构造再调派生类构造。
派生类对象析构清理先调用派生类析构再调基类的析构。

示例：

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 :
    cout<<"Student()" <<endl;

    Student(const char* name, int num)
        : Person(name ) // 调用基类的构造函数
        , _num(num )
    {
    }

    Student(const Student& s)
        : Person(s) // 调用基类的构造函数
        , _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);  // 调用基类的构造函数
            _num = s ._num;
        }
        return *this ;
    }

    ~Student()
    {
        cout<<"~Student()" <<endl;
    }
protected :
    int _num ; //学号
};

void Test ()
{
    Student s1 ("jack", 18);
    Student s2 (s1);
    Student s3 ("rose", 17);
    s1 = s3 ;
}

5.继承与友元、静态成员#

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

示例：

class Student;
class Person
{
public:
    friend void Display(const Person& p, const Student& s);
protected:
    string _name; // 姓名
};

class Student : public Person
{
protected:
    int _stuNum; // 学号
};

void Display(const Person& p, const Student& s)
{
cout << p._name << endl;
cout << s._stuNum << endl;
}

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;
}

6.菱形继承与虚拟继承#

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。

这种情况下，访问需要指明类名：

如何解决？#

虚拟继承解决数据冗余和二义性

示例：

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;
}

原理：

下图是菱形虚拟继承的内存对象成员模型：这里可以分析出 D 对象中将 A 放到的了对象组成的最下面，这个 A 同时属于 B 和 C，那么 B 和 C 如何去找到公共的 A 呢？

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。

虚基表中存的偏移量。通过偏移量可以找到下面的 A。

7.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。

优先使用对象组合，而不是类继承。优先使用对象组合，而不是类继承 - 残雪余香 - 博客园 (cnblogs.com)

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。

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。

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。

8.笔试面试题#

什么是菱形继承？菱形继承的问题是什么？

菱形继承是一种多继承，继承的基类有共同的祖先类时。问题是会产生数据的冗余和二义性。

什么是菱形虚拟继承？如何解决数据冗余和二义性的

虚拟继承是当多继承产生数据冗余时，可以采用虚拟继承。通过虚基表指针和虚基表来解决。
举例来说，如果有一个派生类 D，继承于两个有同样的父类 A 的基类 B\C（采用虚拟继承）时，则 B\C 的共同数据 A 会放在对象组成的最下面，这个 A 同时属于 B 和 C，然后 B\C 中的 A 位置会放入一个指针，指向一个偏移量，通过这个偏移量，B\C 就可以访问公共的 A 了。

继承和组合的区别？什么时候用继承？什么时候用组合？

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