C++----继承

一、继承的基本概念

本质：代码复用+类关系建模（是多态的基础）

class Person { /*...*/ };
class Student : public Person { /*...*/ }; // public继承
  • 派生类继承基类成员（数据+方法），可以通过监视窗口检验成员复用。

二、继承中的访问权限控制

访问权限变化表

基类成员访问限定符/继承方式public继承protected继承private继承
public成员->派生类public->派生类protected->派生类private
protected成员->派生类protected->派生类protected->派生类private
private成员不可见（但存在）不可见（但存在）不可见（但存在）

关键规则

  1. private成员：在派生类中始终不可访问（但存在于对象中）
  2. protected成员：专为继承设计，派生类可访问，外部不可访问。
  3. 访问权限计算：Min（成员在基类的权限，继承方式），权限等级：public>protected>private
  4. 默认继承方式：class默认private继承；struct默认public继承。
  5. 实际开发：优先使用public继承（占实际使用90%以上），慎用protected/private继承。

三、对象赋值转换规则

允许的操作

Student s;
Person p = s;         // 对象切片（调用拷贝构造）
Person& rp = s;       // 直接引用基类部分
Person* pp = &s;      // 直接指向基类部分

禁止的操作

// Person p;
// Student s = p;       // 错误！基类无法赋给派生类

关键注意

  • 对象切片：派生类->基类赋值时，丢失派生类特有成员。
  • 引用转换原理：派生类对象包含完整的基类子对象，无临时变量生成。

        类型系统对比：

  int i = 0;const double& rd = i;  // 需要const引用（临时变量具有常性）

四、继承中的作用域

核心规则

  1. 独立作用域：基类和派生类拥有独立的作用域。
  2. 隐藏/重定义：派生类成员与基类同名时，隐藏基类成员，包括成员变量和函数（无论参数是否一致）。 
    class Base {
public:void func(int) {}
};class Derived : public Base {
public:void func() { Base::func(42); // 必须显式指定作用域}
};

重要细节

  • 函数隐藏与重载：派生类会隐藏基类所有同名函数（即使参数不同）
  • 访问被隐藏成员：使用作用域解析符 
    Base::member
  • 设计建议：避免定义同名非虚函数

五、派生类默认成员函数

1. 构造函数

  • 规则：派生类构造函数必须通过基类构造函数初始化基类成员

  • 原理：基类成员初始化顺序优先于派生类成员

  • 代码示例：

    class Student : public Person {
public:Student(const char* name = "张三", int id = 0): Person(name)    // 必须显式调用基类构造函数, _id(id) {}
protected:int _id;
};

 2. 拷贝构造函数

  • 规则：需显式调用基类拷贝构造，完成基类部分的深拷贝

  • 代码示例：

    Student(const Student& s): Person(s)         // 切片调用基类拷贝构造, _id(s._id) {}

3. 赋值运算符重载 

  • 规则：需要显式调用基类赋值运算符，处理自赋值情况

  • 代码示例：

    Student& operator=(const Student& s) {if (this != &s) {Person::operator=(s);  // 显式调用基类赋值_id = s._id;}return *this;
}

4. 析构函数 

  • 规则：

    • 析构顺序：派生类->基类（自动调用基类析构）

    • 禁止显式调用基类析构函数

  • 代码示例：

    ~Student() {// 自动调用Person::~Person()delete _ptr;  // 先清理派生类资源
}

六、继承关系与友元 

  • 规则：基类友元不能访问派生类私有成员，需要额外声明

  • 代码示例：

    class Student;  // 前向声明
class Person {friend void Display(const Person&, const Student&);
};
class Student : public Person {friend void Display(const Person&, const Student&);
};
void Display(const Person& p, const Student& s) {cout << p._name << endl;    // 访问基类保护成员cout << s._stuNum << endl;  // 访问派生类保护成员
}

七、静态成员与继承 

  • 特性：

    • 基类静态成员被所有派生类共享

    • 继承的是访问权而非副本

  • 代码示例：

    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; //输出：人数 :4Student ::_count = 0;cout <<" 人数 :"<< Person ::_count << endl; //输出：人数 :0
}

八、复杂继承模型 

  • 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：多继承的一种特殊情况

问题

数据冗余和二义性（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";
}

 

解决方案

虚拟继承（在Assistant的对象中Person成员只有一份。）

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";
}

虚拟继承解决数据冗余和二义性的原理

讲解

为了研究虚拟继承原理，我们给出了一个简化的菱形继承继承体系，再借助内存窗口观察对象成员的模型。

class A { int _a; };
class B : public A { int _b; };
class C : public A { int _c; };
class D : public B, public C { 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;
}

 

下图是菱形继承的内存对象成员模型：这里可以看到数据冗余
下图是菱形虚拟继承的内存对象成员模型：这里可以分析出D对象中将A放到的了对象组成的最下
面，这个A同时属于B和C，那么B和C如何去找到公共的A呢？ 这里是通过了 B 和 C 的两个指针，指向的一张表。这两个指针叫虚基表指针，这两个表叫虚基表。虚基表中存的偏移量。通过偏移量
可以找到下面的A。
  • 疑问1：为什么D中B和C部分要去找属于自己的A？

        那么大家看看当下面的赋值发生时，d是不是要去找出B/C成员中的A才能赋值过去？

  • 疑问2： 为什么要在B和C中存指针，而不直接存距离A的偏移量呢？

        ①存储内容多样性：

            - 多偏移量：菱形继承中，虚基表除存当                   前类到虚基类偏移量，在多重继承、复                   杂模板实例化等场景，还需存不同条件                   下访问虚基类的其他偏移量，用于正确                   定位成员。
            - 辅助信息：虚基表存储虚基类构造、析                   构函数指针等辅助信息，确保在对象构                   构造、析构及函数调用时正确操作。仅                   用偏移量无法存储这些信息，易致错误。

        ②支持复杂偏移关系：

            - 适应结构变化：使用虚基表指针，面对                   复杂继承结构变化（如 B、C 继承路径                     新增虚继承层次）时，虚基表可添加新                   偏移量或信息，指针仍能正确指向，保                   证虚基类成员访问。直接用偏移量，结                   构变化时需多处修改，维护扩展困难。

下面是上面的Person关系菱形虚拟继承的原理图：

九、继承与组合的选择

特征继承组合
关系性质"is-a"关系"has-a"关系
可见性白箱复用（了解实现细节）黑箱复用（接口隔离）
耦合度高耦合低耦合
多态支持支持不支持
代码复用方式垂直复用（扩展功能）水平复用（功能组合）

使用建议：

  1. 优先使用对象组合

  2. 需要多态特性时使用继承

  3. 避免过度使用多继承

 

 

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