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1.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
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
public是继承方式
class Student: public Person
{
public:
int _stuid;
int _majior;
};
class Person
{
public:
void Print()
{
cout << "name:" << _name << endl;
cout << "age:" << _age << endl;
}
//protected:
string _name = "peter"; // 姓名
int _age = 18; // 年龄
//....
};
//继承方式
class Student : public Person
{
protected:
int _stuid; // 学号
};
class Teacher : public Person
{
protected:
int _jobid; // 工号
};
int main()
{
//可以使用就体现了复用
Student s;
s._name = "张三";
s._age = 18;
s.Print();
Teacher t;
t._name = "赵老师";
t._age = 40;
t.Print();
return 0;
}
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 | 派生类中不可见 | 派生类中不可见 | 派生类中不可见 |
坑：设计得过分复杂
只需要关注公有继承就行（用得最多）
实际上只有这部分最常用：
不可见：语法限制你去访问它
private 类外不能访问，类里可以访问
不可见：隐身，类里类外都不能访问
总结：
- 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。- 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。
- 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。
- 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。
- 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
class Person
{
public:
void Print()
{
cout << "name:" << _name << endl;
cout << "age:" << _age << endl;
}
protected:
//private:
string _name = "peter"; // 姓名
int _age = 18; // 年龄
//....
};
class Student : public Person
{
public:
void Set(const char* name, int age)
{
_name = name;
_age = age;
}
protected:
int _stuid; // 学号
};
// protected/private 类外面不能访问 类里面可以访问
// 不可见 类里面和外面都无法访问
int main()
{
Student s;
s.Set("张三", 18);
//s._name = "张三";
//s._age = 18;
s.Print();
return 0;
}
私有成员的意义：不想被子类继承的成员就可以设计成私有
但在实际实现中很少使用私有成员
对于基类而言，私有和保护没有区别
但在派生类里，保护可用，私有不可见
基类中想给子类复用，但又不想直接暴露访问成员，就可以定义成保护
2.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。
父类赋值给子类基类对象不能赋值给派生类对象。（反过来不行）
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。（比较危险）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。
可以理解为：每一个子类对象都是特殊的父类对象
#include<iostream>
#include <string>
using namespace std;
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
// 这里虽然是不同类型，但是不是隐式类型转换
// 这里算是一个特殊支持，语法天然支持的
Person pobj = sobj;//赋值
Person* pp = &sobj;//指针
Person& rp = sobj;//引用
//如果是隐式类型转换，以上这句代码不能编译通过，因为临时变量具有常性，需要+const
int i = 0;
const double& d = i;
//sobj = (Student)pobj;//哪怕强制类转换都不可以
return 0;
}
3.继承中的作用域
- 在继承体系中基类和派生类都有独立的作用域。
- 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） - 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。
- 注意在实际中在继承体系里面最好不要定义同名的成员
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 << " 学号:" << _num << endl; // 999
cout << " 身份证号:" << Person::_num << endl; // 111
}
protected:
int _num = 999; // 学号
};
两个func的关系？
// 1、两个fun构成函数重载？ -- 不对 函数重载要求在同一作用域
// 2、两个fun构成隐藏 -- ok
class A
{
public:
void fun()
{
cout << "func()" << endl;
}
};
class B : public A
{
public:
void fun(int i)
{
cout << "func(int i)->" << i << endl;
}
};
void main()
{
B b;
b.fun(10);
b.A::fun();
};
4.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？
合成版本：
子类默认生成的构造函数会干嘛？
- 自己的成员，跟类和对象一样。内置类型不处理，自定义类型调用他的默认构造
- 继承父类成员，必须调用父类的构造函数初始化
编译器默认生成的析构函数：
- 自己的成员。内置类型不处理，自定义类型调用他的析构构造
- 继承的成员，调用父类析构函数处理
编译生成的拷贝构造
自己的成员，跟类和对象一样。内置类型值拷贝，自定义类型调用他的默认构造
继承父类成员，必须调用父类的构造函数初始化
编译器默认生成的operator=
同上
//父类
class Person
{
public:
//Person(const char* name = "peter")
Person(const char* name)
: _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)//调用
, _num(num)
{
cout << "Student()" << endl;
}
Student(const Student& s)
:Person(s)//切片
, _num(s._num)
{
cout << "Student(const Student& s)" << endl;
}
//取地址重载
Student& operator=(const Student& s)
{
if (this != &s)
{
Person::operator=(s);
_num = s._num;
}
cout << "Student& operator=(const Student& s)" << endl;
return *this;
}
// 子类的析构的函数跟父类析构函数构成隐藏。
// 由于后面多态的需要，析构函数名字会统一处理成destructor()
~Student()
{
// 不需要显示调用父类析构函数
// 每个子类析构函数后面，会自动调用父类析构函数，这样才能保证先析构子类，再析构父类
//Person::~Person();
// ...处理子类自己的
cout << "~Student()" << endl;
}
//Student* operator&()
//{
//return this;
//}
protected:
int _num;
// int* _ptr;
};
int main()
{
Student s1("张三", 1);
//Student s2(s1);
Student s2 = s1;//这个也是拷贝构造，不是赋值
Student s3("李四", 2);
s1 = s3;
cout << &s1 << endl;
return 0;
}
总结：
- 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。 - 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。
- 派生类的operator=必须要调用基类的operator=完成基类的复制。
- 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。 - 派生类对象初始化先调用基类构造再调派生类构造。
- 派生类对象析构清理先调用派生类析构再调基类的析构。
- 因为后续一些场景析构函数需要构成重写（隐藏），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
5.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
友元使用要慎重。不要用太多
class Student;
class Person
{
public:
friend void Display(const Person& p, const Student& s);
protected:
string _name; // 姓名
};
class Student : public Person
{
friend void Display(const Person& p, const Student& s);
protected:
int _stuNum; // 学号
};
6. 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
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
};
int main()
{
Person p;
Student s;
p._name = "张三";
cout << s._name << endl;
cout << Student::_count << endl;
++Person::_count;
cout << Student::_count << endl;
cout << &Person::_count << endl;
cout << &Student::_count << endl;
return 0;
}
可以看出地址是相同的
7.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
1. 如何定义一个不能被继承的类？
间接实现
class A
{
private:
A()
{}
protected:
int _a;
};
class B : public A
{
};
// C++98
// 1、父类构造函数私有-- 子类是不可见（类里类外都用不了）
// 2、子类对象实例化，无法调用构造函数
// C++11
// final——关键字最终类
int main()
{
B bb;//只有在实例化对象时才会报错
return 0;
}
更推荐使用final关键字更直观
class A final
{
private:
A()
{}
protected:
int _a;
};
class B : public A
{
};
// C++98
// 1、父类构造函数私有-- 子类是不可见（类里类外都用不了）
// 2、子类对象实例化，无法调用构造函数
// C++11
// final——关键字最终类
int main()
{
//B bb;//不管有没有实例化对象都会报错
return 0;
}
- 多继承中指针偏移问题？下面说法正确的是( )
class Base1 { public: int _b1; };
class Base2 { public: int _b2; };
class Derive : public Base1, public Base2 { public: int _d; };
int main()
{
Derive d;
Base1* p1 = &d;
Base2* p2 = &d;
Derive* p3 = &d;
return 0;
}
A：p1 == p2 == p3
B：p1 < p2 < p3
C：p1 == p3 != p2
D：p1 != p2 != p3
E：编译报错
F：运行报错
首先排除AE 切片问题 BF
p1和p3指向同一块位置，但是意义不一样，只是巧合相等
p3看的是整体
p1只看Base1
指针就是看占多大的空间class Base1 { public: int _b1; }; class Base2 { public: int _b2; };
//多继承，先继承的在前面 class Derive : public Base1, public Base2 { public: int
_d; };int main() { Derive d; Base1* p1 = &d; Base2* p2 = &d; Derive* p3 =
&d;d._b1 = 1; d._b2 = 2; d._d = 3;
cout << p1 << endl; cout << p2 << endl; cout << p3 << endl;
return 0; }
tips:
p2大一些
栈帧开空间是倒过来的
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
// int _age;
// ...
};
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
};
int main()
{
Assistant at;
// 菱形继承的二义性问题
// 数据冗余
//at._name = "张三";//数据调用不明确
//二义性解决方式——指定作用域
at.Student::_name = "张三";
at.Teacher::_name = "李四";
return 0;
}
虚拟继承：virtual
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
只在腰部的地方去继承
class Person
{
public:
string _name; // 姓名
// int _age;
// ...
};
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
};
int main()
{
Assistant at;
// 菱形虚拟继承解决了二义性和数据冗余
at._name = "小张";
at.Student::_name = "张三";
at.Teacher::_name = "李四";
return 0;
}
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._a = 0;
d._b = 3;
d._c = 4;
d._d = 5;
return 0;
}
a是同一块位置
解决了数据冗余和二义性
短期上没有节省，实际上节省了空间
对象空间是什么？
很像一个地址，指向一个空间
当前看是0，但是是预留的
下面是具体的数字
12和20其实是一个距离（距离公共的a）——偏移量
切割切片问题
B b = d;
B* pb = &d;
B c = d;
B* pc = &d;
父类有多个成员不需要有多个指针，因为你有第一个就能找到下一个。
_a是一个整体
8.继承的总结和反思
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。
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。
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 。vector、list、deque——stack
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（依赖关系强）。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。
组合：
class C
{
//...
};
// 组合
class D
{
protected:
//也是复用,间接去用
C _c;
//...
};
int main()
{
return 0;
}
软件工程提倡：低耦合、高内聚
组合并不能替代继承