初识C++|继承

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🧁C++专栏（更新中！）

1. 继承的概念及定义

1.1 继承的概念

1.2 继承定义

1.2.1 定义格式

1.2.2 继承父类成员访问方式的变化

1.3继承类模板

2. 父类和子类对象赋值兼容转换

3. 继承中的作⽤域

3.1 隐藏规则

4. ⼦类的默认成员函数

4.1 4个常见默认成员函数

4.2 实现⼀个不能被继承的类

5. 继承与友元

6.继承与静态成员

7. 多继承及其菱形继承问题

7.1 继承模型

7.2 虚继承

8. 继承和组合

8.1 继承和组合

1. 继承的概念及定义

1.1 继承的概念

继承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，它允许我们在保持原有类特性的基础上进⾏扩展，增加⽅法(成员函数)和属性(成员变量)，这样产生新的类，称子类。

没有继承之前我们就需要设计了两个类Student和Teacher，Student和Teacher都有姓名/地址/ 电话/年龄等成员变量，都有identity⾝份认证的成员函数，设计到两个类⾥⾯就是冗余的。

当然他们也有⼀些不同的成员变量和函数，⽐如⽼师独有成员变量是职称，学生的独有成员变量是学号；学生的独有成员函数是学习，⽼师的独有成员函数是授课。

下⾯我们公共的成员都放到Person类中，Student和teacher都继承Person，就可以复⽤这些成员，就不需要重复定义了，省去了很多麻烦。

#include <iostream>
using namespace std;
class Person
{
public:void identity(){cout << "void identity()" << _name << endl;}
protected:string _name = "张三"; // 姓名string _address; // 地址string _tel; // 电话int _age = 18; // 年龄
};
class Student : public Person{
public:// 学习void study(){// ...}
protected:int _stuid; // 学号
};
class Teacher : public Person
{
public:// 授课void teaching(){//...}
protected:string title; // 职称
};
int main()
{Student s;Teacher t;s.identity();t.identity();return 0;
}

1.2 继承定义

1.2.1 定义格式

Person是父类，也称作基类。Student是子类，也称作派生类。

继承方式：public继承、protected继承、private继承

1.2.2 继承父类成员访问方式的变化

	public继承	protected继承	private继承
父类的public成员	子类public成员	子类protected成员	子类private成员
父类的protected成员	子类的protected成员	子类的protected成员	子类的private成员
父类的private成员	在子类中不可见	在子类中不可见	在子类中不可见

1. ⽗类private成员在⼦类中⽆论以什么⽅式继承都是不可⻅的。这⾥的不可⻅是指⽗类的私有成员还是被继承到了⼦类对象中，但是语法上限制⼦类对象不管在类⾥⾯还是类外⾯都不能去访问它。

2. ⽗类private成员在⼦类中是不能被访问，如果⽗类成员不想在类外直接被访问，但需要在⼦类中能访问，就定义为protected。

3. 总结表格可发现，有private必须是private，若无则看protected,有protected则是protected,只有同时满足父类成员是public,且继承方式是public时，才是子类public成员。

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⼦类的类⾥⾯使⽤，实际

中扩展维护性不强。

1.3继承类模板

namespace bit{//template<class T>//class vector//{};// stack和vector的关系，既符合is-a，也符合has-atemplate<class T>class stack : public std::vector<T>{public:void push(const T& x){// ⽗类是类模板时，需要指定⼀下类域，// 否则编译报错:error C3861: “push_back”: 找不到标识符// 因为stack<int>实例化时，也实例化vector<int>了// 但是模版是按需实例化，push_back等成员函数未实例化，所以找不到vector<T>::push_back(x);//push_back(x);}void pop(){vector<T>::pop_back();}const T& top(){return vector<T>::back();}bool empty(){return vector<T>::empty();}};}int main(){bit::stack<int> st;st.push(1);st.push(2);st.push(3);while (!st.empty()){cout << st.top() << " ";st.pop();}return 0;}

2. 父类和子类对象赋值兼容转换

public继承的⼦类对象可以赋值给⽗类的对象 / ⽗类的指针 / ⽗类的引⽤。有个形象的说法叫

切⽚，即⼦类中⽗类那部分切来赋值过去。

• ⽗类对象不能赋值给⼦类对象。

• ⽗类的指针或者引⽤可以通过强制类型转换赋值给⼦类的指针或者引⽤。但是必须是⽗类的指针是指向⼦类对象时才是安全的。这⾥⽗类如果是多态类型，可以使⽤RTTI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
};
int main()
{
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.⽗类对象不能赋值给⼦类对象，这⾥会编译报错
sobj = pobj;
return 0;
}

3. 继承中的作⽤域

3.1 隐藏规则

1. 在继承体系中⽗类和⼦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。（在⼦类成员函数中，可以使⽤⽗类::⽗类成员显⽰访问）

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 = "haha"; // 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
};
int main()
{
Student s1;
s1.Print();//因为父类成员被子类成员隐藏，打印出haha 111 999
return 0;
};

选B：对于选项A，需注意函数重载需要两个同名函数在同一作用域中才能够造成；对于选项B，A和B类中的fun函数函数名相同，且A类为B类子类，因此构成隐藏关系

4. ⼦类的默认成员函数

4.1 4个常见默认成员函数

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，那么在⼦类中，这⼏个成员函数是如何⽣成的呢？

1. ⼦类的构造函数必须调⽤⽗类的构造函数初始化⽗类的那⼀部分成员。如果⽗类没有默认的构造函数，则必须在⼦类构造函数的初始化列表阶段显⽰调⽤。（如果有就不用）

2. ⼦类的拷⻉构造函数必须调⽤⽗类的拷⻉构造完成⽗类的拷⻉初始化，在无资源申请的情况下，一般不需要自己写。

// 严格说Student拷贝构造默认生成的就够用了// 如果有需要深拷贝的资源，才需要自己实现Student(const Student& s):Person(s)//这里也体现了父类子类对象赋值兼容转换,_num(s._num),_addrss(s._addrss){// 深拷贝}

注意：初始化列表初始的顺序跟出现顺序无关，跟申明顺序有关。

3. ⼦类的operator=必须要调⽤⽗类的operator=完成⽗类的复制。需要注意的是⼦类的operator=隐 藏了⽗类的operator=，所以显⽰调⽤⽗类的operator=，需要指定⽗类作⽤域。

// 严格说Student赋值重载默认生成的就够用了// 如果有需要深拷贝的资源，才需要自己实现Student& operator=(const Student& s){if (this != &s){// 父类和子类的operator=构成隐藏关系Person::operator=(s);_num = s._num;_addrss = s._addrss;}return *this;}

4. ⼦类的析构函数会在被调⽤完成后⾃动调⽤⽗类的析构函数清理⽗类成员。因为这样才能保证⼦类对象先清理⼦类成员再清理⽗类成员的顺序。

// 严格说Student析构默认生成的就够用了// 如果有需要显示释放的资源，才需要自己实现// 析构函数都会被特殊处理成destructor() ~Student(){// 子类的析构和父类析构函数也构成隐藏关系// 规定：不需要显示调用，子类析构函数之后，会自动调用父类析构// 这样保证析构顺序，先子后父，显示调用取决于实现的人，不能保证// 先子后父//Person::~Person();//delete _ptr;}

5. ⼦类对象初始化先调⽤⽗类构造再调⼦类构造。

6. ⼦类对象析构清理先调⽤⼦类析构再调⽗类的析构。

7. 因为多态中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。那么编译器会对析构函数名进⾏特殊处理，处理成destructor()，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。

4.2 实现⼀个不能被继承的类

⽅法1：⽗类的构造函数私有，⼦类的构成必须调⽤⽗类的构造函数，但是⽗类的构成函数私有化以后，⼦类看不⻅就不能调⽤了，那么⼦类就⽆法实例化出对象。

⽅法2：C++11新增了⼀个final关键字，final修改⽗类，⼦类就不能继承了。

// C++11的⽅法
class Base final
{
public:
void func5() { cout << "Base::func5" << endl; }
protected:
int a = 1;
private:
// C++98的⽅法
Base()
{}
};class Derive :public Base
{
void func4() { cout << "Derive::func4" << endl; }
protected:
int b = 2;
};
int main(){
Base b;
Derive d;
return 0;
}

5. 继承与友元

友元关系不能继承，也就是说⽗类友元不能访问⼦类私有和保护成员。

（父亲的朋友通常不是孩子的朋友）

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;
}
int main()
{
Person p;
Student s;
// 编译报错：error C2248: “Student::_stuNum”: ⽆法访问 protected 成员
// 解决⽅案：Display也变成Student 的友元即可
Display(p, s);
return 0;

6.继承与静态成员

⽗类定义了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:
string _name;
static int _count;
};
int Person::_count = 0;
class Student : public Person
{
protected:
int _stuNum;
};
int main()
{
Person p;
Student s;
// 这⾥的运⾏结果可以看到⾮静态成员_name的地址是不⼀样的
// 说明⼦类继承下来了，⽗⼦类对象各有⼀份
cout << &p._name << endl;
cout << &s._name << endl;
// 这⾥的运⾏结果可以看到静态成员_count的地址是⼀样的
// 说明⼦类和⽗类共⽤同⼀份静态成员
cout << &p._count << endl;
cout << &s._count << endl;
// 公有的情况下，⽗⼦类指定类域都可以访问静态成员
cout << Person::_count << endl;
cout << Student::_count << endl;
return 0;
}

7. 多继承及其菱形继承问题

7.1 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，多继承对象在内存中的模型

是，先继承的⽗类在前⾯，后⾯继承的⽗类在后⾯，⼦类成员在放到最后⾯。

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。⽀持多继承就⼀定会有菱形继承，像Java就直接不⽀持多继承，规避掉了这⾥的问题，所以实践中我们也是不建议设计出菱形继承这样的模型的。

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};int main(){// 编译报错：error C2385: 对“_name”的访问不明确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";return 0;}

7.2 虚继承

虚继承是一种特殊的继承方式，用于解决多重继承中可能出现的菱形继承问题。

虚继承通过在基类声明时使用virtual关键字来指定，这样无论是直接继承还是间接继承该基类的派生类，都只会继承该基类的一个副本。这确保了基类在派生类中的唯一性，避免了数据冗余和潜在的冲突。

class Person{public:string _name; // 姓名};// 使⽤虚继承Person类class Student : virtual public Person{protected:int _num; //学号};// 使⽤虚继承Person类class Teacher : virtual public Person{protected:int _id; // 职⼯编号};// 教授助理class Assistant : public Student, public Teacher{protected:string _majorCourse; // 主修课程};int main(){// 使⽤虚继承，可以解决数据冗余和⼆义性Assistant a;a._name = "peter";return 0;}

8. 继承和组合

8.1 继承和组合

• public继承是⼀种is-a的关系。也就是说每个⼦类对象都是⼀个⽗类对象。

• 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。

• 继承允许你根据⽗类的实现来定义⼦类的实现。这种通过⽣成⼦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，⽗类的内部细节对⼦类可⻅。继承⼀定程度破坏了⽗类的封装，⽗类的改变，对⼦类有很⼤的影响。⼦类和⽗类间的依赖关系

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。这种复⽤⻛格被称为⿊箱复⽤(black-box reuse)，因为对象的内部细节是不可⻅的。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。

• 优先使⽤组合，⽽不是继承。实际尽量多去⽤组合，组合的耦合度低，代码维护性好。不过也不太那么绝对，类之间的关系就适合继承(is-a)那就⽤继承，另外要实现多态，也必须要继承。类之间的关系既适合⽤继承(is-a)也适合组合(has-a)，就⽤组合。

• 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，性能也会有⼀些损失，所以最好不要设计出菱形继承。多继承可以认为是C++的缺陷之⼀，后来的⼀些编程语⾔都没有多继承，如Java。

// Tire(轮胎)和Car(⻋)更符合has-a的关系class Tire {protected:string _brand = "Michelin"; // 品牌size_t _size = 17; // 尺⼨};class Car {protected:string _colour = "⽩⾊"; // 颜⾊string _num = "12345"; // ⻋牌号Tire _t1; // 轮胎Tire _t2; // 轮胎Tire _t3; // 轮胎Tire _t4; // 轮胎};class BMW : public Car {public:void Drive() { cout << "好开-操控" << endl; }};// Car和BMW/Benz更符合is-a的关系class Benz : public Car {public:void Drive() { cout << "好坐-舒适" << endl; }};template<class T>class vector{};// stack和vector的关系，既符合is-a，也符合has-atemplate<class T>class stack : public vector<T>{};template<class T>class stack{public:vector<T> _v;};int main(){return 0;}