【C++】类和对象之继承

继承的概念和定义

继承的概念

继承的定义

继承的定义格式

继承关系和访问限定符

继承基类成员访问方式的变化

访问权限实例

基类和派生类对象赋值转换

继承中的作用域

派生类的默认成员函数

继承与友元

继承与静态成员

复杂的菱形继承及菱形虚拟继承

继承的概念和定义

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。

简单来说就是类似于在一个类中包含了另一个类的成员函数和成员变量以及对应的访问权限。

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;
}

下面是调试结果

可以看到子类中继承的父类的_name和_age，s和t是两个不同的类；他们各自继承的父类的内存空间也是不同的，就像每个孩子继承父亲的家产一样。

继承的定义

继承的定义格式

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。

继承关系和访问限定符

继承基类成员访问方式的变化

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 。

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。

访问权限实例

class Person
{
public:
	void Print()
	{
		cout << _name << endl;
	}
protected:
	string _name; // 姓名
private:
	int _age; // 年龄
};
//class Student : protected Person
//class Student : private Person
class Student : public Person
{
	void fun()
	{
		cout << _stunum << " " << _age << " " << _name; 这里_age显示无法访问
	}
protected:
	int _stunum; // 学号
};

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

在上述代码中,Student是以public的形式继承的父类person,最父类成员函数、成员变量的访问权限依次是public.protected和private。protected的对象是可以进行访问的。

class Person
{
public:
	void Print()
	{
		cout << _name << endl;
	}
protected:
	string _name; // 姓名
private:
	int _age; // 年龄
};
//class Student : protected Person
//class Student : private Person
class Student : protected Person
{
	void fun()
	{
		cout << _stunum << " " << _age << " " << _name; //显示不可访问
		_name = 6;    
	}
protected:
	int _stunum; // 学号
};

int main()
{
	Student s;    
	s.Print();   //显示不可访问 
	
	return 0;
}

在上述代码中，以protected的形式继承父类时，对父类的成员函数。成员变量的访问权限依次是protected.protected和private。print()函数无法再类外进行调用。

如果以private 的形式继承父类,那么父类的所有成员的访问权限都是private，在子类中都无法进行访问；

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。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。

class Person
{
protected:
	string _name; // 姓名
	string _sex;  // 性别
	int _age; // 年龄
};
class Student : public Person
{
public:
	int _No; // 学号
};
void Test()
{
	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;    

	// 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;
}

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 。

// 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"; // 姓名
	int _num = 111;   // 身份证号
};
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
};
void Test()
{
	Student s1;
	s1.Print();
};

子类和父类中都有_num但是他们的作用域不同,在子类中只能访问子类的_num,当然也可以通person类访问父类的_num，

// 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);
};

在子类中，只能直接访问带参数的fun，可以通过person::fun()来访问无参数的fun。

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 ( 这个我们后面会讲

解 ) 。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。

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

其实可以把父类当成一个自定义类型的成员变量,如果父类有默认构造函数，那么就是自己自动调用,如果没有需要手动在子类的构造函数的初始化列表中进行传参数初始化。析构函数会自动调用。拷贝构造需要再子类的拷贝构造函数中的初始化列表中进行调用。

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。

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;
}
void main()
{
 Person p;
 Student s;
 Display(p, s);
}

在父类中的友元只能访问父类的成员变量,无法访问子类的成员变量。

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。

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;
}

所有的实例化的继承类都公用这一个静态成员变量。

复杂的菱形继承及菱形虚拟继承

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。

在 Assistant 的对象中 Person 成员会有两份。

class Person
{
public:
	string _name; // 姓名
};
class Student : public Person
{
protected:
	int _num; //学号
};
class Teacher : public Person {
protected:
	int _id; // 职工编号
};
class Assistant : public Student, public Teacher
{
protected:
	string _majorCourse; // 主修课程
};
void Test()
{
	// 这样会有二义性无法明确知道访问的是哪一个
	Assistant a;
	a._name = "peter";
	// 需要显示指定访问哪个父类的成员可以解决二义性问题，但是数据冗余问题无法解决
	a.Student::_name = "xxx";
	a.Teacher::_name = "yyy";
}

Teacher和Student类中各有一份person父类,实际上只需要有一分就可以了,

虚拟继承可以解决菱形继承的二义性和数据冗余的问题。如上面的继承关系，在 Student 和

Teacher 的继承 Person 时使用虚拟继承，即可解决问题。需要注意的是，虚拟继承不要在其他地

方去使用。

class Person
{
public:
	string _name; // 姓名
};
class Student : virtual public Person
{
protected:
	int _num; //学号
};
class Teacher : virtual public Person
{
protected:
	int _id; // 职工编号
};
class Assistant : public Student, public Teacher
{
protected:
	string _majorCourse; // 主修课程
};
void Test()
{
	Assistant a;
	a._name = "peter";
}

在重复的父类访问前加上virtual，进行虚拟化，Student和Teacher就会公用person类了,就解决了继承的二义性和数据冗余的问题。

总结：

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 。

3. 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。

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。