继承

继承是面向对象三大特性之一
定义类时，下级别的成员除了拥有上一级的共性，还有自己的特性，就可以考虑使用继承的技术，减少代码的重复

继承的基本语法

语法：class 子类 : 继承方式 父类

• 子类也被成为派生类
• 父类也被称为基类

class A
{
public:
    string name;
};
class B :public A
{
public:
    int age;
};
int main()
{
    B b;
    b.name = "张三";
    b.age = 10;
    cout << b.name << b.age << endl;
    return 0;
}

继承方式

继承方式一共有三种：

• 公共继承
  • 访问权限不变
• 保护继承
  • 除私有内容外，都变为保护权限
• 私有继承
  • 除私有内容外，都变为私有权限

父类中的私有内容，三种继承方法都无法访问

class A
{
public:
    int a;
protected:
    int b;
private:
    int c;
};
class B :public A//公共继承
{

};
class C :protected A//保护继承
{

};
class D :private A//私有继承
{

};

继承中的对象模型

父类中所有非静态成员属性都会被子类继承下去
父类中私有的成员属性，是被编译器给隐藏了，因此是访问不到，但是确实被继承下去了
利用开发人员命令提示工具查看对象模型：

1. 跳转盘符：盘符:
2. 跳转文件路径：cd 具体路径下
3. 查看命名：dir
4. 报告单个类的布局：cl /d1 reportSingleClassLayout类名 文件名

文件名可按Tap建自动补齐

class A
{
public:
    int a;
protected:
    int b;
private:
    int c;
};
class B :public A//公共继承
{
    int c;
};

class B size(16):
        +---
 0      | +--- (base class A)
 0      | | a
 4      | | b
 8      | | c
        | +---
12      | c
        +---

继承中构造和析构顺序

先调用父类构造函数，再调用子类构造函数，析构顺序与构造相反

继承同名成员处理方式

子类对象可以直接访问到子类中的同名成员
子类对象加作用域可以访问到父类同名成员
当子类与父类拥有同名的成员函数，子类会隐藏父类中所有同名成员函数，加作用域可以访问到父类中同名函数

class A
{
public:
    void test()
    {
        cout << "A" << endl;
    }
};
class B :public A//公共继承
{
public:
    void test()
    {
        cout << "B" << endl;
    }
};
int main()
{
    B b;
    b.test();
    b.A::test();
    return 0;
}

继承同名静态成员处理方式

静态成员跟非静态成员出现同名，处理方法一致，只不过有两种处理方法：

• 通过对象.
• 通过类名::

class A
{
public:
    static string a;
};
class B :public A//公共继承
{
public:
    static string a;
};
//类内声明，类外初始化
string B::a = "B";
string B::A::a = "A";
int main()
{
    //通过对象访问
    B b;
    cout << b.a << endl;
    cout << b.A::a << endl;
    //通过类名访问
    cout << B::a << endl;
    //第一个::表示通过类名方式访问，第二个::代表访问父类作用域下
    cout << B::A::a << endl;
    return 0;
}

多继承语法

C++允许一个类继承多个类
语法：class 子类 : 继承方式 父类1 , 继承方式 父类2...
多继承可能会引发父类中有同名成员出现，需要加作用域区分
C++实际开发中不建议用多继承

class A
{
public:
    int a;
};
class B
{
public:
    int a;
};
class C :public A, public B
{
};
int main()
{
    C c;
    c.A::a = 10;
    c.B::a = 20;
    cout << c.A::a << endl;
    cout << c.B::a << endl;
    return 0;
}

菱形继承

菱形继承概念：

• 两个派生类继承同一个基类
• 又有某个类同时继承这两个派生类
• 这种继承被称为菱形继承，也被称为钻石继承

典型的菱形继承问题：

菱形继承问题：子类继承两份相同的数据，导致资源浪费以及毫无意义

• 羊继承了动物的数据，驼也继承了动物的数据，当羊驼使用数据时，就会产生二义性
• 羊驼继承自动物的数据继承了两份，只需要一份就可以

利用虚继承，解决菱形继承的问题：

• 继承之前，加上关键字virtual变为虚继承
• 公共的父类被称为虚基类

class A
{
public:
    int a;
};
//A为虚基类
class B :virtual public A{};
class C :virtual public A{};
class D:public B,public C{};
int main()
{
    D d;
    d.a = 10;
    cout << d.a << endl;
    return 0;
}

vbptr虚基类指针：

• v-virtual
• b-base
• ptr-pointer

虚基类指针指向vbtable虚基类表

• 实际继承了两个指针，通过偏移量，找到那份唯一的数据

class D size(24):
        +---
 0      | +--- (base class B)
 0      | | {vbptr}
        | | <alignment member> (size=4)
        | +---
 8      | +--- (base class C)
 8      | | {vbptr}
        | | <alignment member> (size=4)
        | +---
        | <alignment member> (size=4)
        +---
        +--- (virtual base A)
16      | a
        +---

D::$vbtable@B@:
 0      | 0
 1      | 16 (Dd(B+0)A)

D::$vbtable@C@:
 0      | 0
 1      | 8 (Dd(C+0)A)
vbi:       class  offset o.vbptr  o.vbte fVtorDisp
               A      16       0       4 0

多态

多态的基本语法

多态分为两类：

• 静态多态：函数重载和运算符重载属于静态多态，复用函数名
• 动态多态：派生类和虚函数实现运行时多态

静态多态和动态多态区别：

• 静态多态的函数地址早绑定：编译阶段确定函数地址
• 动态多态的函数地址晚绑定：运行阶段确定函数地址

动态多态满足条件：

• 有继承关系
• 子类要重写父类的虚函数
• 使用父类的指针或引用，执行子类对象

重写不同于函数重载：

• 函数返回值类型、函数名、参数列表完全相同

C++中父子之间的类型转换不需要做强制类型转换，父类的指针或引用可以直接指向子类对象

class A
{
public:
    //虚函数
    virtual void test()
    {
        cout << "A" << endl;
    }
};
class B :public A
{
public:
    void test()
    {
        cout << "B" << endl;
    }
};
void test(A& a)
{
    a.test();
}
int main()
{
    B b;
    test(b);//A & a = b;
    return 0;
}

多态的原理剖析

class A size(8):
        +---
 0      | {vfptr}
        +---

A::$vftable@:
        | &A_meta
        |  0
 0      | &A::test
class B size(8):
        +---
 0      | +--- (base class A)
 0      | | {vfptr}
        | +---
        +---

B::$vftable@:
        | &B_meta
        |  0
 0      | &B::test

vfptr虚函数（表）指针：

• v-virtual
• f-function
• ptr-pointer
• 指向vftable虚函数表
  • 表内记录虚函数地址&A::test

当子类重写父类虚函数，子类中的虚函数表，内部会替换成子类的虚函数地址

多态案例-计算器类

案例描述：分别利用普通写法和多态技术，设计实现两个操作数进行运算的计算器类。
多态的优点：

• 代码组织结构清晰
• 可读性强
• 利于前期和后期的扩展和维护

在真实开发中，提倡开闭原则：

• 对拓展进行开放
• 对修改进行关闭

#include <iostream>
using namespace std;
//实现计算器抽象类
class Abstract
{
public:
    virtual int result()
    {
        return 0;
    }
    int m_num1;
    int m_num2;
};
//实现计算器加法类
class add :public Abstract
{
public:
    virtual int result()
    {
        return m_num1 + m_num2;
    }
};
//实现减法类
class subtraction :public Abstract
{
public:
    virtual int result()
    {
        return m_num1 - m_num2;
    }
};
int main()
{
    //父类指针指向子类对象
    Abstract* a = new add;
    a->m_num1 = 10;
    a->m_num2 = 10;
    cout << a->result() << endl;
    //用完记得销毁
    delete a;
    //a不需要再定义和初始化
    a = new subtraction;
    a->m_num1 = 10;
    a->m_num2 = 10;
    cout << a->result() << endl;
    return 0;
}

纯虚函数和抽象类

在多态中，通常父类中的虚函数实现是毫无意义的，主要都是调用子类重写的内容
因此可以将虚函数改为纯虚函数
纯虚函数语法：virtual 返回值类型 函数名(参数列表) = 0;
当类中有了纯虚函数，这个类也称为抽象类，特点：

• 无法实例化对象
• 子类必须重写抽象类中的纯虚函数，否则也属于抽象类

抽象类特点：

• 无法实例化对象
• 子类必须重写抽象类中的纯虚函数，否则也属于抽象类

#include <iostream>
using namespace std;
class AbstractDrinking
{
public:
    virtual void Boil() = 0;//煮水
    virtual void Brew() = 0;//冲泡
    virtual void PourInCup() = 0;//倒入杯中
    virtual void PutSomeThing() = 0;//添加佐料
    void MakeDrink()//制作饮品
    {
        Boil();
        Brew();
        PourInCup();
        PutSomeThing();
    }
    
};
class Coffee :public AbstractDrinking
{
    virtual void Boil()
    {
        cout << "煮矿泉水" << endl;
    }
    virtual void Brew()
    {
        cout << "冲泡咖啡" << endl;
    }
    virtual void PourInCup()
    {
        cout << "倒入杯中" << endl;
    }
    virtual void PutSomeThing()
    {
        cout << "添加牛奶" << endl;
    }
};
class Tea :public AbstractDrinking
{
    virtual void Boil()
    {
        cout << "煮矿泉水" << endl;
    }
    virtual void Brew()
    {
        cout << "冲泡茶叶" << endl;
    }
    virtual void PourInCup()
    {
        cout << "倒入杯中" << endl;
    }
    virtual void PutSomeThing()
    {
        cout << "添加枸杞" << endl;
    }
};
void dowork(AbstractDrinking *a)
{
    a->MakeDrink();
    delete a;
}
int main()
{
    AbstractDrinking* a = new Tea;
    dowork(a);
    return 0;
}

虚析构和纯虚析构

多态使用时，如果子类中有属性开辟到堆区，那么父类指针在释放时无法调用到子类的析构代码
解决方法：将父类中的析构函数改为虚析构或者纯虚析构
虚析构和纯虚析构共性：

• 可以解决父类指针释放子类对象
• 都需要有具体的函数实现

虚析构和纯虚析构区别：

• 如果是纯虚析构，该类属于抽象类，无法实例化对象

虚析构语法：virtual ~类名() {};
纯虚析构语法：virtual ~类名() = 0;
总结：

• 虚析构和纯虚析构是用来解决通过父类指针释放子类对象
• 如果子类中没有堆区数据，可以不写为虚析构和纯虚析构
• 拥有纯虚析构的类也属于抽象类

#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
    A()
    {
        m_name = new string("A");
    }
    virtual void speak()
    {
        cout << *m_name << endl;
    }
    //利用虚析构可以解决父类指针释放子类对象时不干净的问题
    virtual ~A()
    {
        if (m_name != NULL)
        {
            cout << "A析构" << endl;
            delete m_name;
            m_name = NULL;
        }
    }
    string* m_name;
};
class B :public A
{
public:
    B()
    {
        m_name = new string("B");
    }
    virtual ~B()
    {
        if (m_name != NULL)
        {
            cout << "B析构" << endl;
            delete m_name;
            m_name = NULL;
        }
    }
};
int main()
{
    A* a = new B;//先构造父类再构造子类
    a->speak();
    //父类指针在析构时，不会调用子类中析构函数，导致子类如果有堆区属性，会导致内存泄露
    delete a;
    return 0;
}

#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
    A()
    {
        m_name = new string("A");
    }
    virtual void speak()
    {
        cout << *m_name << endl;
    }
    //纯虚析构声明
    //有了纯虚析构后，这个类也属于抽象类，无法实例化对象
    virtual ~A() = 0;
    string* m_name;
};
class B :public A
{
public:
    B()
    {
        m_name = new string("B");
    }
    virtual ~B()
    {
        if (m_name != NULL)
        {
            cout << "B析构" << endl;
            delete m_name;
            m_name = NULL;
        }
    }
};
//纯虚析构实现
A::~A()
{
    cout << "A纯虚析构" << endl;
}
int main()
{
    A* a = new B;//先构造父类再构造子类
    a->speak();
    //父类指针在析构时，不会调用子类中析构函数，导致子类如果有堆区属性，会导致内存泄露
    delete a;
    return 0;
}

多态案例-电脑组装

案例描述：

• 电脑主要组成部件为CPU、显卡、内存条
• 将每个零件封装出抽象基类，并且提供不同的厂商生产不同的零件
• 创建电脑类提供让电脑工作的函数，并且调用每个函数工作的接口
• 测试时组装三台不同的电脑进行工作

#include <iostream>
using namespace std;
//抽象不同零件类
//抽象CPU类
class CPU
{
public:
    //抽象的计算函数
    virtual void calculate() = 0;
};
//抽象显卡类
class VideoCard
{
public:
    //抽象的显示函数
    virtual void dispaly() = 0;
};
//抽象内存条类
class Memory
{
public:
    //抽象的存储函数
    virtual void storage() = 0;
};
//电脑类
class Computer
{
public:
    Computer(CPU* cpu, VideoCard* vc, Memory* mem)
    {
        m_cpu = cpu;
        m_vc = vc;
        m_mem = mem;
    }
    //提供析构函数，释放电脑的三个零件
    ~Computer()
    {
        if (m_cpu != NULL)
        {
            delete m_cpu;
            m_cpu = NULL;
        }
        if (m_vc != NULL)
        {
            delete m_cpu;
            m_vc = NULL;
        }
        if (m_mem != NULL)
        {
            delete m_cpu;
            m_mem = NULL;
        }
    }
    //提供工作函数
    void work()
    {
        //让零件工作起来，调用接口
        m_cpu->calculate();
        m_vc->dispaly();
        m_mem->storage();
    }
private:
    CPU* m_cpu;//CPU的零件指针
    VideoCard* m_vc;//显卡的零件指针
    Memory* m_mem;//内存条的零件指针
};
//具体厂商：Intel
class IntelCPU :public CPU
{
public:
    virtual void calculate()
    {
        cout << "Intel的CPU开始计算了" << endl;
    }
};
class IntelVideoCard :public VideoCard
{
public:
    virtual void dispaly()
    {
        cout << "Intel的显卡开始显示了" << endl;
    }
};
class IntelMemory :public Memory
{
public:
    virtual void storage()
    {
        cout << "Intel的内存开始存储了" << endl;
    }
};
//具体厂商：Lenovo
class LenovoCPU :public CPU
{
public:
    virtual void calculate()
    {
        cout << "Lenovo的CPU开始计算了" << endl;
    }
};
class LenovoVideoCard :public VideoCard
{
public:
    virtual void dispaly()
    {
        cout << "Lenovo的显卡开始显示了" << endl;
    }
};
class LenovoMemory :public Memory
{
public:
    virtual void storage()
    {
        cout << "Lenovo的内存开始存储了" << endl;
    }
};
int main()
{
    //电脑零件
    CPU* intelcpu = new IntelCPU;
    VideoCard* intervc = new IntelVideoCard;
    Memory* intermem = new IntelMemory;
    //创建第一台电脑
    Computer* computer1 = new Computer(intelcpu, intervc, intermem);
    computer1->work();
    delete computer1;
    //创建第二台电脑
    Computer* computer2 = new Computer(new LenovoCPU, new LenovoVideoCard, new LenovoMemory);
    computer2->work();
    delete computer2;
    //创建第三台电脑
    Computer* computer3 = new Computer(new LenovoCPU, new IntelVideoCard, new LenovoMemory);
    computer3->work();
    delete computer3;
    return 0;
}