C++三大特性——继承（上篇）

news2024/11/19 1:47:36

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一、继承的概念及定义

1.1继承的概念

1.2 继承定义

1.2.1定义格式

1.2.2继承关系和访问限定符

 1.2.3继承基类成员访问方式的变化

二、基类和派生类对象赋值转换

三、继承中的作用域

四、派生类的默认成员函数

一、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。

我们把需要共用的数据和方法提取到一个类中，我们就把这个类叫做父类或基类；我们把继承父类的所有属性和行为，并且可以根据自己需要定义自己的属性和行为的类叫做子类或派生类。

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class Person
{
public:
	void Print()
	{
		cout << "name:" << _name << endl;
		cout << "age:" << _age << endl;
	}

	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。
// 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;
	s._name = "张三"; 
	s._age = 18;
	s.Print();

	Teacher t;
	t._name = "王老师";
	t._age = 33;
	t.Print();

	return 0;
}

运行结果：

1.2 继承定义

1.2.1定义格式

下面我们看到Person是父类，也称作基类。Student是子类，也称作派生类，冒号后面的public就是继承方式。

1.2.2继承关系和访问限定符

 1.2.3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		在派生类中不可见在派生类中不可见在派生类中不可见

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. 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。
  3. 实际上面的表格我们进行一下总结会发现，基类的私有成员在子类都是不可见。基类的其他成员子类的访问方式 == Min(成员在基类的访问限定符，继承方式)，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，不过最好显示的写出继承方式。
  5. 在实际运用中一般使用都是public继承，几乎很少使用protetced/private继承，也不提倡使用protetced/private继承，因为protetced/private继承下来的成员都只能在派生类的类里面使用，实际中扩展维护性不强。

特别注意：protected/private成员 表示在类外面不能访问，在类里面可以访问；而不可见 表示影身，在类的里面和外面都不能访问。

// 实例演示三种继承关系下基类成员的各类型成员访问关系的变化
class Person
{
public:
	void Print()
	{
		cout << _name << endl;
	}
protected:
	string _name = "张三"; // 姓名
private:
	int _age = 18; // 年龄
};

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



int main()
{
	Student s;
	s._name = "李四"; // 保护成员遇到共有继承，继承后依然是保护（报错）
	s._age = 20; // 私有成员遇到共有继承，继承后依然是私有（报错）
	s.Print(); // 共有成员遇到共有继承，继承后是共有（不报错）

	return 0;
}

编译器报错内容：

二、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（不能当成隐式类型转换）。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。这里基类如果是多态类型，可以使用RTTI(RunTime Type Information)的 dynamic_cast 来进行识别后进行安全转换。

小技巧：

在公有继承中，子类和父类的关系可以看成 is a 的关系，每一个子类对象都是一个特殊的父类对象。

代码示例：

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

class Student : public Person
{
public:
	int _No; // 学号
};

int main()
{
	Student sobj;
	// 1.子类对象可以赋值给父类对象/指针/引用
	Person pobj = sobj;
	Person* pp = &sobj;
	Person& rp = sobj;

	// 2.基类对象不能赋值给派生类对象
	sobj = pobj; // 报错

	// 3.基类的指针可以通过强制类型转换赋值给派生类的指针
	pp = &sobj;
	Student * ps1 = (Student*)pp; // 这种情况转换时可以的。
	ps1->_No = 10;

	pp = &pobj;
	Student* ps2 = (Student*)pp; // 这种情况转换时虽然可以，但是会存在越界访问的问题
	ps2->_No = 10;

	return 0;
}

三、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。

例一

// 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 = "小黑子"; // 姓名
	int _num = 111; // 身份证号
};
class Student : public Person
{
public:
	void Print()
	{
		cout << " 姓名:" << _name << endl; // 打印Person的_name
		cout << " 身份证号:" << Person::_num << endl; // 打印Person的_num
		cout << " 学号:" << _num << endl; // 打印Student的_num
	}
protected:
	int _num = 999; // 学号
};

int main()
{
	Student s1;
	s1.Print();
	
	return 0;
}

运行结果：

 例二（易错题）

// 提问：A和B的fun函数构成什么关系

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;
	}
};

int main()
{
	B b;
	b.fun(10); // 默认访问B中的fun函数，A中的fun函数在B中被隐藏了
	cout << "-------------" << endl;
	b.A::fun(); // 想要访问A中的fun函数，就需要指定作用域

	return 0;
}


// 答案：
// 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。

运行结果：

四、派生类的默认成员函数

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？

  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。
  7. 因为后续一些场景析构函数需要构成重写，重写的条件之一是函数名相同。那么编译器会对析构函数名进行特殊处理，处理成destrutor()，所以父类析构函数不加virtual的情况下，子类析构函数和父类析构函数构成隐藏关系。

 调用顺序：

代码示例：

// 父类
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
};


// 子类
class Student : public Person
{
public:
	Student(const char* name, int num)
		: Person(name) // 父类没有默认构造，就只能在初始化列表阶段显示调用
		, _num(num)
	{
		cout << "Student()" << endl;
	}

	Student(const Student& s)
		: Person(s) // 赋值转换，子类通过切片传给父类
		, _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); // 调用父类的赋值重载时，需要声明作用域，因为父类的赋值重载被隐藏了
			_num = s._num;
		}
		return *this;
	}

	~Student()
	{
		cout << "~Student()" << endl;
	}

protected:
	int _num; //学号
};

int main()
{
	Student s1("jack", 18);
	Student s2(s1);
	Student s3("rose", 17);
	s1 = s3;

	return 0;
}

运行结果：

特别注意1：

子类的析构函数跟父类的析构函数会构成隐藏。为什么呢？

由于后面多态的需要，析构函数名会统一处理成destructtor()，这样就导致子类和父类的析构函数名相同，所以就构成了隐藏。

特别注意2：

如果我们把上面子类的析构函数代码改成，显示调用父类析构函数，这时会发生什么呢？

~Student()
{
	Person::~Person(); // 显示调用父类的析构函数
	cout << "~Student()" << endl;
}

运行结果：

 这时我们就会发现，明明只创建了3个对象，却调用了6次父类的析构函数，这是为什么呢？

这是因为，在每个子类析构函数后面，编译器会自动调用父类的析构函数，不需要自己显示调用。这样才能保证先析构子类，再析构父类（具体看“特别注意3”）

特别注意3：先定义的对象会后析构，后定义的对象会先析构，因为这些对象是存在栈上的。所以上面的代码是先析构s3再析构s2最后析构s1。所以就有这样的一个规定：子类继承的父类，父类的部分先构造，子类的部分再构造；子类的部分先析构，父类的部分再析构。（这也就是不让你显示调用父类析构函数的原因，因为这样就无法保证析构的顺序了）

总结：其他的父类默认成员函数可以显示的调用，只有父类的析构函数不需要显示调用。

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