【关于C++中----继承】

news2024/11/15 10:15:30

文章目录

  • 一、继承的概念和意义
  • 二、基类和派生类对象复制转换
  • 三、继承中的作用域
  • 四、派生类的默认成员函数
  • 五、继承与友元
  • 六、继承与静态成员
  • 七、复杂的菱形继承及菱形虚拟继承
  • 八、继承的总结和反思

一、继承的概念和意义

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。

定义格式为：
在这里插入图片描述

举个例子：

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;
}

结果如下：
在这里插入图片描述

下面来解释不同的继承方式以及基类中不同访问限定符的成员组合有什么区别：

首先，继承方式和访问限定符都有三种
在这里插入图片描述那么它们组合起来对于几类成员的访问方式就有9种
在这里插入图片描述
进一步解释以便更好地理解：

  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。

如下面这段代码：

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

class Student : public Person
{
	void f()
	{
		_a = 0;
	}
protected:
	int _stuid; // 学号
};

int main()
{
	Student s;
	s._a = 0;
	s.Print();
	return 0;
}

运行结果如下：
在这里插入图片描述

  1. 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。
  2. 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。基类的其他成员在子类的访问方式 == Min(成员在基类的访问限定符，继承方式)，public > protected > private。

所以，如果一个基类中的某些成员，想要达到派生类可以访问，但在类外面不能访问的效果，就可以将其设置为protected成员。

  1. 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. 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。

二、基类和派生类对象复制转换

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。

以上特点仅限于公有成员！！！

在这里插入图片描述

对于指针类型，不同的类型的指针决定了该变量可以向后访问空间的大小，而上图中的基类只能向后访问三个成员变量的大小的空间，也就起到了切片的作用。而引用的底层利用的还是指针，原理也跟指针类似。

举个例子：

class Person
{
public:
protected:
	string _name = "peter"; // 姓名
	int _age = 18; // 年龄
private:
	int  _a;
};
class Student : public Person
{
protected:
	int _stuid; // 学号
};
int main()
{
	Student s;
	Person p;
	p = s;
	Person* pp = &s;
	Person& _P = s;
	return 0;
}

调试结果如下：
在这里插入图片描述

注意，上面的赋值是语法本身就支持的行为，并不存在任何的类型转换。

因为类型转换的本质是产生一个临时变量，而临时变量具有常性，即为const类型的变量，不能被修改。这样的变量如果被作为另一个变量的引用，则会产生权限放大，是错误的行为。而上面的编译结果并没有报错，所以不是什么类型转换！

那么，为什么这种赋值只支持公有继承呢？

答：因为protected和private的继承方式在将子类赋值给父类时，会发生权限紊乱。即切片时，在子类中本该是protected或private类型的成员变量，赋值给父类之后，变为了public类型，可以随便访问，这是不合适的。

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。这里基类如果是多态类型，可以使用RTTI(Run-Time Type Information)的dynamic_cast 来进行识别后进行安全转换。

基类对象赋值给派生类对象会直接报错，但是基类的指针和引用赋值给派生类却不会报错（但要强制类型转换），但是这是一种很危险的行为，存在越界访问的风险，一旦越界，程序将直接崩溃！

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。

如果父类和子类中有相同的成员变量，且在子类中访问时不用作用域限定符时，默认访问的是子类中的变量（就近原则）。

下面来看一段代码：

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

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

这段代码对应四个是选项：
A、A和B的func函数构成函数重载
B、会编译报错
C、会运行报错
D、A和B的func函数构成隐藏

同样的选项，如果将上面代码中的Test函数稍作改动，如下：

void Test()
{
	B b;
	b.fun();
};

答案又会是那个呢？

首先，这两个函数不可能构成函数重载，因为函数重载要求在同一作用域，而这两个函数属于不同的类，也就不在同一作用域。
其次，隐藏只要求成员名称相同即可，函数的参数相同与否都没有影响。
所以第一题选D。

而派生类中要访问基类中相同名称的成员必须要加作用域限定符，因为其被隐藏了，所以第二题选B。

四、派生类的默认成员函数

众所周知，每一个类都有6个默认成员函数，其中重点的有4个（构造、析构、拷贝构造和赋值构造），如果这些函数我们不自己实现，编译器就会默认帮我们自动生成。

对于派生类，如果我们不自己实现，编译器默认生成的构造和析构函数会干些什么事情呢？

先看派生类中从父类继承下来的部分：

class Person
{
public:
	Person(const char* name = "peter")
		: _name(name)
	{
		cout << "Person()" << endl;
	}

	~Person()
	{
		cout << "~Person()" << endl;
	}
protected:
	string _name; // 姓名
};
class Student : public Person
{
public:
protected:
	int _num; //学号
	string _s;
};

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

结果如下：
在这里插入图片描述
对于从父类继承下来的部分，会调用父类的构造和析构函数。

接下来通过调试看一下对于派生类自己是什么情况：
在这里插入图片描述
可见，对于内置类型不做处理，对于自定义类型会去调用其对应的构造和析构函数，就和其他普通的类一样。

那么对于拷贝构造和复制构造其实跟构造和析构是一样的，这里就不验证了，与上面雷同。

那么，什么情况下需要我们自己实现这四个函数呢？应该怎么实现呢？

答：1.父类没有构造函数的情况下
2.如果有资源需要自己释放，就需要自己写析构函数
3.如果拷贝构造存在浅拷贝问题，就需要自己实现函数以完成深拷贝

自己实现时，对于父类的成员必须调用父类的函数去处理，派生类的直接调用自己的函数处理，实现过程和其他普通类相同，只是要注意区分父类和子类的成员。

样例代码如下：

class Person
{
public:
	Person(const char* name = "peter")
		: _name(name)
	{
		cout << "Person()" << endl;
	}

	~Person()
	{
		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;
	}

protected:
	string _name; // 姓名
};
class Student : public Person
{
public:
	Student(const char* name, int num)
		: Person(name)
		, _num(num)
	{
		cout << "Student()" << endl;
	}

	Student(const Student& s)
		: Person(s)
		, _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);
			_num = s._num;
		}
		return *this;
	}

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

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

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

结果如下：
在这里插入图片描述
这里需要补充一点，与另外三个函数不同，子类的析构函数不需要显示地调用父类的析构函数，因为子类析构函数之后会自动调用父类的析构函数。如果显示地调用了父类，会导致析构两次，程序会崩溃！

如下：
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

因为初始化的时候，是先初始化父类，再初始化子类。所以析构时，会先析构子类，随后会自动析构父类，也就不用自己调用了。

总结一下：

  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。

五、继承与友元

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。

如下：

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;
}
int main()
{
	Person p;
	Student s;
	Display(p, s);
	return 0;
}

在这里插入图片描述
如需使用友元，其也必须是子类的友元！

六、继承与静态成员

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 。

如下：

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;
}

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

在这里插入图片描述

七、复杂的菱形继承及菱形虚拟继承

先看三个概念：
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.
在这里插入图片描述
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
在这里插入图片描述
菱形继承：菱形继承是多继承的一种特殊情况。
在这里插入图片描述
菱形继承的问题：菱形继承有数据冗余和二义性的问题。即上图中的D继承了B和C，但是B和C都继承了A，在D中就会有两份A中的数据和函数。

如下：

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

class Student : public Person
{
public:
	int _num; //学号
};
class Teacher : public Person
{
public:
	int _id; // 职工编号
};
class Assistant : public Student, public Teacher
{
protected:
	string _majorCourse; // 主修课程
};

int main()
{
	Assistant a;
	return 0;
}

在这里插入图片描述
怎么解决这个问题呢？

方法1：用作用域限定符
在这里插入图片描述

但是这种方法虽然解决了二义性，但是当父类中含有一个占有较大空间的变量，这种方法就会造成大量的空间浪费，因为所有成员都有两份。

方法二：虚继承解决二义性和数据冗余
只需在有公共父类继承的地方加上"virtual"即可：

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

class Student : virtual public Person
{
public:
	int _num; //学号
};
class Teacher : virtual public Person
{
public:
	int _id; // 职工编号
};
class Assistant : public Student, public Teacher
{
protected:
	string _majorCourse; // 主修课程
};

在这里插入图片描述
虚拟继承解决数据冗余和二义性的原理

下面用一段代码和内存窗口分析一下：

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;
}

这是非虚继承的方式，情况如下：
在这里插入图片描述
可以看到，d先继承了b再继承了c，并且它们在内存中的位置是按照继承顺序排列的。

接下来将继承方式换为虚继承：
在这里插入图片描述

可以看到，内存中所有的_a变量都存在了一起，而且b和c变量的前面多了一个不知名的东西。再开两个内存窗口一探究竟：
在这里插入图片描述

可以看到，两个地址直接指向的地方都是0，下一个位置分别是20和12。
其实20和12指的是b和c变量到公共拥有的a变量的偏移量，即20个字节和12个字节。

其实，A这个类叫做虚基类，而上图中的内存2、3窗口中的内容叫做虚基表。当B和C的对象需要访问A中的共有的数据时，就需要通过虚基表找到数据对应的位置进而得以访问。
同样的，切片的完成也与上述过程雷同。

八、继承的总结和反思

  1. 很多人说C++语法复杂，其实多继承就是一个体现。有了多继承，就存在菱形继承，有了菱形继承就有菱形虚拟继承，底层实现就很复杂。所以一般不建议设计出多继承，一定不要设计出菱形继承。否则在复杂度及性能上都有问题。
  2. 多继承可以认为是C++的缺陷之一，很多后来的OO语言都没有多继承，如Java。
  1. 继承和组合：
    ① 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。
    ②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 。
    ③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 。
    ④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。
    ⑤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。
    ⑥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。

如下：

// Car和BMW Car和Benz构成is-a的关系
 class Car{
 protected:
 string _colour = "白色"; // 颜色
 string _num = "陕ABIT00"; // 车牌号
 };
 
 class BMW : public Car{
 public:
 void Drive() {cout << "好开-操控" << endl;}
 };
 
 class Benz : public Car{
 public:
 void Drive() {cout << "好坐-舒适" << endl;}
 };
 
 // Tire和Car构成has-a的关系
 
 class Tire{
 protected:
 string _brand = "Michelin"; // 品牌
 size_t _size = 17; // 尺寸
 
 };
 
 class Car{
 protected:
 string _colour = "白色"; // 颜色
 string _num = "陕ABIT00"; // 车牌号
 Tire _t; // 轮胎
 };

最后引用四大爷的一句话“往事暗沉不可追，未来之路光明灿烂!”愿大家事业有成，一切努力皆有回报！

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uniapp配置tabbar底部导航栏、去掉uni-app顶部标题前言效果图1、创建页面并声明注册2、配置pages.json--tabBar3、通过pages.json来去掉uni-app顶部标题全部页面都去掉单个页面去掉前言 tabbar文档 在 pages.json 中提供 tabBar 配置&#xff0c;不仅仅是为了方便快速开发导航…
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Elasticsearch入门，持续更新中

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目录elasticsearch简介elasticsearch下载问题分析解决启动可视化界面Kibana下载配置启动进入kibana的控制台elasticsearch简介 懂得都懂 elasticsearch下载 官网下载地址 链接: https://www.elastic.co/cn/downloads/elasticsearch 本人准备安装在win10上&#xff0c;本地…
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IB学习阶段所需的教材有哪些？

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IB课程即国际文凭组织IBO&#xff08;International Baccalaureate Organization&#xff09;&#xff0c;是为全球学生开设从幼儿园到大学预科的课程&#xff0c;为3-19岁的学生提供智力&#xff0c;情感&#xff0c;个人发展&#xff0c;社会技能等方面的教育&#xff0c;使其…
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可以同时解析多个binlog吗

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GreatSQL社区原创内容未经授权不得随意使用&#xff0c;转载请联系小编并注明来源。GreatSQL是MySQL的国产分支版本&#xff0c;使用上与MySQL一致。作者&#xff1a; 叶金荣文章来源&#xff1a;GreatSQL社区原创 1.可以同时解析多个binlog吗 2.innodb_buffer_pool_instances设…
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