C++(继承）

2023-12-20 08:01:27

目录

前言：

正文：

1.继承的概念及定义

1.1继承的概念

1.2继承的本质

2.继承的定义

2.1继承格式

2.2继承关系和访问限定符

3 继承中的作用域

3.1隐藏

?4 基类和派生类对象赋值转换

4.1切片

5 派生类中的默认成员函数

?5.1隐式调用

5.2显示调用

6 友元和继承

7 继承与静态成员

?8 菱形继承

8.1菱形继承的问题

8.2原因

8.3解决方案

9 补充

前言：

进入到c++面向对象的第二大板块继承，对此做一个复习巩固。所有的OO（面向对象）类型的语言都具备三大基本特征：封装-继承-多态，在累和对象复习篇章已经介绍了封装，今天主要复盘一下继承。

正文：

1.继承的概念及定义

1.1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认知过程。以前我们接触的复用都是函数复用，继承是类设计层次的复用。

需要注意的是：

  • 被继承对象：父类/基类（base）
  • 继承方：子类/派生类（derive）

1.2继承的本质

????????继承的本质就是 代码复用，只不过是类层次的复用，比如我定义了一个人的类，包含打印显示函数，作为学生我也有人的特征，我就可以继承这个类，作为教职工我也有人的特征，也可以继承这个类，这样就避免了代码的复写。比如：

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;
}

? 我们可以看到两个子类都具备父类中 public属性且相互不干扰。

?

2.继承的定义

2.1继承格式

?????????继承的格式很简单，子类：继承方式 父类，例如 上面那个例子?class Sdudent ：public Person，需要注意的是 java中继承符号为 extern。

2.2继承关系和访问限定符

????????继承方式有 共有继承（public）保护继承（protect）和私有继承（private）当然相应的访问限定符也是一样。如下图所示：

?需要注意的是：

权限大小：公有 > 保护 > 私有
保护?protected?比较特殊，只有在?继承?中才能体现它的价值，否则与?私有?作用一样

访问权限和继承方式各有三种，排列组合就是9种，如下所示：? ? ? ?
?

父类成员 / 继承权限?public?protectedprivate
父类的 public 成员?外部可见，子类中可见外部不可见，子类中可见?外部不可见，子类中可见
父类的 protected 成员?外部不可见，子类中可见?外部不可见，子类中可见?外部不可见，子类中可见
父类的 private 成员?都不可见都不可见都不可见

总结：无论是哪种继承方式，父类中的?private?成员始终不可被 [子类 / 外部] 访问；当外部试图访问父类成员时，依据?min(父类成员权限, 子类继承权限)，只有最终权限为?public?时，外部才能访问。

假设不注明继承权限，class?默认为?private，struct?默认为?public，最好是注明继承权限

小case：

实际使用中。权限是可以很好保护成员的，如何设计一个不能被继承的类呢？

? 答：我们只要将我们不想被继承的类设置为私有，这样该类就不能被继承了，代码如下：

class base
{
private：
base();
~base();

}；
class derived public base
{};

int main()
{
 derived d;
return 0;
}

?

3 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 。

3.1隐藏

隐藏也叫重定义，也可叫做重写（覆盖）?。子类中只要出现和父类中同名的成员就叫重定义不考虑返回值，参数。假设出现同名函数时，默认会将父类的同名函数隐藏调，进而执行子类的同名函数，

//父类
class Base
{
public:
	void func() { cout << "Base val: " << val << endl; }
protected:
	int val = 123;
};

//子类
class Derived : public Base
{
public:
	int func() 
	{ 
		cout << "Derived val: " << val << endl;
		return 0;
	}
private:
	int val = 668;
};

int main()
{
	Derived d;
	d.func();
	return 0;
}

执行结果：

此时，父子类中的方法和成员均被隐藏，执行的是子类方法，输出的是子类成员

?只修改子列方法名为funa

int funA() 
{ 
	cout << "Derived val: " << val << endl;
	return 0;
}

?执行结果：

函数名不同，不构成隐藏，结果是 父类方法+子类成员。

只修改子类成员为 num

?

int num = 668;

执行结果：

隐藏也消失了，执行结果：子类方法+父类成员

综上所述，当子类中的方法出现 隐藏 行为时，优先执行 子类 中的方法；当子类中的成员出现 隐藏 行为时，优先选择当前作用域中的成员（局部优先）

这已经证明了?父子类中的作用域是独立存在的

如何显式的使用父类的方法或成员？

?

  • 利用域作用限定符?::?进行访问范围的限制?

?

?4 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。寓意把派生类中父类那部分切来赋值过去。
基类对象不能赋值给派生类对象。
基类的指针或者引用可以通过强制类型转换赋值给派生类的指针或者引用。但是必须是基类
的指针是指向派生类对象时才是安全的。

4.1切片

?将?父类对象?看作一个结构体，子类对象?看作结构体Plus 版

将?子类对象?中多余的部分去除，留下?父类对象?可接收的成员，最后再将?对象?的指向进行改变就完成了?切片

?

5 派生类中的默认成员函数

?派生类（子类）也是?类，同样会生成?六个默认成员函数（用户未定义的情况下）

不同于单一的?类，子类?是在?父类?的基础之上创建的，因此它在进行相关操作时，需要为?父类?进行考虑。

?5.1隐式调用

子类在继承父类后，构建子类对象时?会自动调用父类的 默认构造函数，子类对象销毁前，还会自动调用父类的 析构函数。

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

class Student : public Person
{
public:
	Student() { cout << "Student()" << endl; }
	~Student() { cout << "~Student()" << endl; }
};

int main()
{
	Student s;
	return 0;
}

注意：?自动调用是由编译器完成的，前提是父类存在对应的默认成员函数；如果不存在，会报错?

?

5.2显示调用

?因为存在?隐藏?的现象，当父子类中的函数重名时，子类无法再自动调用父类的默认成员函数，此时会引发?浅拷贝?相关问题

class Person
{
public:
	Person() { cout << "Person()" << endl; }
	void operator=(const Person& P) { cout << "Person::operator=()" << endl; }
	~Person() { cout << "~Person()" << endl; }
};

class Student : public Person
{
public:
	Student() { cout << "Student()" << endl; }
	void operator=(const Student&) { cout << "Student::operator=()" << endl; }
	~Student() { cout << "~Student()" << endl; }
};

int main()
{
	Student s1;
	cout << "================" << endl;
	Student s2;
	s1 = s2;
	return 0;
}

?

?此时可用通过 域作用限定符?::?显式调用父类中的函数

?

总的来说，子类中的默认成员函数调用规则可以概况为以下几点：

1.子类的构造函数必须调用父类的构造函数，初始化属于父类的那一部分内容；如果没有默认构造函数，则需要显式调用。
2.子类的拷贝构造、赋值重载函数必须要显式调用父类的，否则会造成重复析构问题
3.父类的析构函数在子类对象销毁后，会自动调用，然后销毁父类的那一部分
注意：

子类对象初始化前，必须先初始化父类那一部分
*子类对象销毁后，必须销毁父类那一部分
不能显式的调用父类的析构函数（因为这不符合栈区的规则），父子类析构函数为同名函数 destructor，构成隐藏，如果想要满足我们的析构需求，就需要将其变为虚函数，构成重写
析构函数必须设为 虚函数，这是一个高频面试题，同时也是 多态 中的相关知识
?

?

6 友元和继承

友元关系不能被继承

场景：友元函数?Print?可以访问父类中的私有成员，但子类继承父类后，友元函数无法访问子类中的私有成员

?

class Base
{
	friend void Print();
private:
	static const int a = 10;
};

class Derived : public Base
{
private:
	static const int b = 20;
};

void Print()
{
	cout << Base::a << endl;
	cout << Derived::b << endl;
}

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

爸爸的朋友不可以是儿子的朋友，如果要想成为儿子的朋友，需要在儿子家里声明为友元。

?总结：友元关系不能被继承

7 继承与静态成员

?????????静态成员是唯一存在的，无论是否被继承

????????????????静态变量为于静态区，不同于普通的堆栈区，静态变量的声明周期很长，通常是程序运行结束后才会被销毁，因此?假设父类中存在一个静态变量，那么子类在继承后，可以共享此变量

用计数的demo证明一下：

class Base
{
	friend void Print();
public:
	Base() { num++; }
	static int num;	//静态变量
};

int Base::num = 0;	//初始化静态变量

class Derived : public Base
{
public:
	Derived() { num++; }
};

void Print()
{
	cout << Base::num << endl;
}

int main()
{
	Derived d1;
	Derived d2;
	Derived d3;
	Print();
	return 0;
}

由此可见：静态成员是唯一存在的，并且被子类共享?

?

?8 菱形继承

单继承：一个子类只能继承一个父类
多继承：一个子类可以继承多个父类（两个及以上）

C++ 支持多继承，即支持一个子类继承多个父类，使其基础信息更为丰富，但凡事都有双面性，多继承 在带来巨大便捷性的同时，也带来了个巨大的坑：菱形继承问题

注：其他面向对象的高级语言为了避免出现此问题，直接规定了不允许出现多继承

8.1菱形继承的问题

菱形继承的问题：我们通过代码演示问题 
class Person
{
public:
	string _name;	//姓名
};

//本科生
class Undergraduate : public Person
{};

//研究生
class Postgraduate : public Person
{};

//毕业生
class Graduate : public Undergraduate, public Postgraduate
{};

int main()
{
	Graduate g1;
	g1._name = "zhangsan";

	return 0;
}

8.2原因

Undergraduate?中继承了?Person?的?_name，Postgraduate?也继承了?Person?的?_name

Graduate?多继承?Undergraduate?、Postgraduate?后，同时拥有了两个?_name，使用时，无法区分

?

8.3解决方案

方法一：通过域访问限制符 ::?

Graduate g1;
g1.Undergraduate::_name = "zhangsan";
cout << g1.Undergraduate::_name << endl;
?

?这种方法并没有从本质上解决数据冗余的问题

方法二：虚继承

虚继承是专门用来解决 菱形继承 问题的，与多态中的虚函数没有直接关系

虚继承：在菱形继承的腰部继承父类时，加上?virtual?关键字修饰被继承的父类

?

class Person
{
public:
	string _name;	//姓名
};

//本科生
class Undergraduate : virtual public Person
{};

//研究生
class Postgraduate : virtual public Person
{};

//毕业生
class Graduate : public Undergraduate, public Postgraduate
{};

int main()
{
	Graduate g1;
	g1._name = "zhangsan";
	cout << g1._name << endl;

	return 0;
}

?

虚继承是如何解决菱形继承问题的？

  • 利用?虚基表?将冗余的数据存储起来，此时冗余的数据合并为一份
  • 原来存储 冗余数据 的位置，现在用来存储?虚基表指针

?

虚继承底层是如何解决菱形继承问题的？

对于冗余的数据位，改存指针，该指针指向相对距离
对于冗余的成员，合并为一个，放置后面，假设想使用公共的成员（冗余成员），可以通过相对距离（偏移量）进行访问
这样就解决了数据冗余和二义性问题
为何在冗余处存指针？

指针指向空间有预留一个位置，可以用于多态
因此虚继承用的是第二个位置
新建对象进行兼容赋值时，对象指向指针处

该指针（偏移量）指向的目标位置不定
无论最终位置在何处，最终汇编指令都一样（得益于偏移量的设计模式）
虚函数是否会造成空间浪费？

不会，指针大小固定为 4/8 字节
指针所指向的空间（虚基表）是否浪费空间？

可以忽略不计，所有对象共享
假设存在多个共享成员，需要新增指针（偏移量），因为这些成员都是连续的，找到第一个，即可找到其他

即使涉及内存对齐问题，编译器也会根据规则做出调整
?

注意：为了解决?菱形继承?问题，想出了?虚继承?这种绝妙设计，但在实际使用中，要尽量避免出现?菱形继承问题

?

9 补充

继承是面向对象三大特性之一，非常重要，需要对各种特性进行学习

关于多继承时，哪个父类先被初始化的问题

谁先被声明，谁就会先被初始化，与继承顺序无关
除了可以通过继承使用父类中的成员外，还可以通过 组合 的方式进行使用

公有继承：is-a —> 高耦合，可以直接使用父类成员
组合：has-a —> 低耦合，可以间接使用父类成员
实际项目中，更推荐使用 组合 的方式，这样可以做到 解耦，避免因父类的改动而直接影响到子类

当然，使用哪种方式还要取决于具体场景，具体问题具体分析
?

//父类
class A {};

//继承
class B : public A
{
    //直接继承，直接使用
};

//组合
class C
{
private:
    A _aa;  //创建 A 对象，使用成员及方法
}

可能有的人问?继承?到底有什么用？答案很简单，为后面的?多态?实现铺路，也就是说，多态的实现离不开继承！

关于之前的?适配器?模式，除了可以使用 组合 的方式进行适配外，还可以通过?继承?的方式进行适配

  • queue?->?deque、list
  • reverse_iterator?->?iterator

在通过后者实现前者时，可以通过?组合，也可以通过?继承

文章来源:https://blog.csdn.net/weixin_45476980/article/details/135082625
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