青少年编程与数学 02-010 C++程序设计基础 29课题、继承

课题摘要: 本文详细介绍了C++中继承和派生的概念、语法、类型、构造和析构过程、函数重写、多重继承和虚继承。继承允许派生类从基类继承属性和行为并进行扩展或修改。继承类型包括公有、保护和私有继承，影响基类成员在派生类中的访问权限。派生类构造和析构时，先调用基类相应函数。派生类可重写基类虚函数实现多态。C++支持多重继承，虚继承解决菱形继承问题。合理使用继承可构建层次清晰、结构合理的类体系。

在C++中，继承和派生是面向对象编程的核心概念，允许一个类（派生类）从另一个类（基类）继承属性和行为，并在此基础上进行扩展或修改。

一、基本概念

• 基类（Base Class）：被继承的类，也称为父类。
• 派生类（Derived Class）：继承基类的类，也称为子类。

派生类继承了基类的成员（数据成员和成员函数），并可以添加新的成员或重写基类的成员函数。

二、继承的语法

class BaseClass {
    // 基类成员
};

class DerivedClass : access-specifier BaseClass {
    // 派生类成员
};

• access-specifier 可以是 public、protected 或 private，决定了基类成员在派生类中的访问权限。

三、继承类型

• 公有继承（public）：

  • 基类的 public 成员在派生类中仍为 public。
  • 基类的 protected 成员在派生类中仍为 protected。
  • 基类的 private 成员在派生类中不可访问。

  class Base {
  public:
      int publicVar;
  protected:
      int protectedVar;
  private:
      int privateVar;
  };
  
  class Derived : public Base {
      // publicVar 是 public
      // protectedVar 是 protected
      // privateVar 不可访问
  };
  

• 保护继承（protected）：

  • 基类的 public 和 protected 成员在派生类中都变为 protected。
  • 基类的 private 成员在派生类中不可访问。

  class Derived : protected Base {
      // publicVar 是 protected
      // protectedVar 是 protected
      // privateVar 不可访问
  };
  

• 私有继承（private）：

  • 基类的 public 和 protected 成员在派生类中都变为 private。
  • 基类的 private 成员在派生类中不可访问。

  class Derived : private Base {
      // publicVar 是 private
      // protectedVar 是 private
      // privateVar 不可访问
  };
  

四、 派生类的构造和析构

• 构造函数：派生类的构造函数会先调用基类的构造函数，再执行派生类的构造函数体。
• 析构函数：派生类的析构函数会先执行派生类的析构函数体，再调用基类的析构函数。

class Base {
public:
    Base() { cout << "Base Constructor" << endl; }
    ~Base() { cout << "Base Destructor" << endl; }
};

class Derived : public Base {
public:
    Derived() { cout << "Derived Constructor" << endl; }
    ~Derived() { cout << "Derived Destructor" << endl; }
};

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

输出：

Base Constructor
Derived Constructor
Derived Destructor
Base Destructor

五、函数重写（Override）

派生类可以重写基类的虚函数（virtual），以实现多态。

class Base {
public:
    virtual void show() {
        cout << "Base show" << endl;
    }
};

class Derived : public Base {
public:
    void show() override {
        cout << "Derived show" << endl;
    }
};

int main() {
    Base* b = new Derived();
    b->show();  // 输出: Derived show
    delete b;
    return 0;
}

六、多重继承

C++支持多重继承，即一个派生类可以从多个基类继承。

class Base1 {
public:
    void show1() {
        cout << "Base1 show" << endl;
    }
};

class Base2 {
public:
    void show2() {
        cout << "Base2 show" << endl;
    }
};

class Derived : public Base1, public Base2 {
};

int main() {
    Derived d;
    d.show1();  // 输出: Base1 show
    d.show2();  // 输出: Base2 show
    return 0;
}

七、虚继承

虚继承用于解决多重继承中的菱形继承问题，确保基类只被继承一次。

class Base {
public:
    int data;
};

class Derived1 : virtual public Base {
};

class Derived2 : virtual public Base {
};

class FinalDerived : public Derived1, public Derived2 {
};

int main() {
    FinalDerived fd;
    fd.data = 10;  // 不会产生二义性
    return 0;
}

八、总结

• 继承允许派生类复用基类的代码。
• 继承类型决定了基类成员在派生类中的访问权限。
• 派生类可以重写基类的虚函数以实现多态。
• 多重继承和虚继承提供了更灵活的继承机制，但也增加了复杂性。

通过合理使用继承和派生，可以构建出层次清晰、结构合理的类体系。