【C++】继承最全解析（什么是继承？继承有什么用？）

一、前言

二、什么是继承 ?

💢继承的概念💢

💢继承的定义💢

🥝定义格式

🍇继承权限

三、基类与派生类对象的赋值转换

四、继承的作用域

五、派生类中的默认成员函数

💢默认成员函数的调用 💢

🔥构造函数与析构函数🔥

🔥拷贝构造🔥

🔥赋值运算符重载 🔥

💢显示成员函数的调用 💢

🔥构造函数 🔥

🔥拷贝构造 🔥

🔥赋值运算符重载 🔥

🔥析构函数🔥

六、继承与友元

七、继承与静态成员

八、菱形继承

💧 单继承💧

💧 多继承💧

💧 菱形继承💧

🍍概念

🍉现象

九、继承和组合

十、继承的总结和反思

十一、共勉

一、前言

继承 是面向对象三大特性之一（封装、继承、多态），所有的面向对象（OO）语言都具备这三个基本特征，封装相关概念已经在《类和对象》系列中介绍过了，今天主要学习的是 继承，即如何在父类的基础之上，构建出各种功能更加丰富的子

二、什么是继承 ?

什么是继承？是继承 -- 遗产还是继承 -- 花呗？答案都不是，先来看看官方解释：

继承（inheritance）机制是 ----面向对象程序设计使代码可以复用的重要的手段，它允许程序员在保持原有基类（父类）特性的基础上进行扩展，增加功能，这样产生新的类，称为派生类（子类）

💢继承的概念💢

继承相关概念：

被继承对象：父类 / 基类（base）
继承方：子类 / 派生类（derived）

继承的本质 就是 ------------ 复用代码

举个例子 : 假设我现在要设计一个校园管理系统，那么肯定会设计很多角色类，比如学生、老师、保安、保洁等等之类的。

设计好以后，我们发现，有些数据和方法是每个角色都有的，而有些则是每个角色独有的。

为了复用代码、提高开发效率，可以从各种角色中选出共同点，组成 基类，比如每个人都有姓名、年龄、联系方式等基本信息，而 教职工 与学生的区别就在于管理与被管理，因此可以在基类的基础上加一些特殊信息如教职工号表示 教职工，加上学号表示学生，其他细分角色设计也是如此

这样就可以通过 继承 的方式，复用基类的代码，划分出各种子类

像上面共同拥有的数据和方法我们可以重新设计一个类Person ，然后让 Student 和 Teacher 去继承它，如下:

// 大众类  --- 基础属性
class Person
{
public:Person(string name = string(), string tell = string(), int age = int()):_name(name),_tell(tell),_age(age){}void Print(){cout << "我的名字是 :" << _name << endl;cout << "我的电话是 :" << _tell << endl;cout << "我的年龄是 :" << _age << endl;}
protected:string _name; // 姓名string _tell; // 电话int _age; // 年龄
};// 学生类  --- 派生/子属性
class Student : public Person
{
public:Student(int stuId = 1578):Person("XAS","123456789",26),_stuId(stuId){cout << "我是一个学生" << endl;cout << "以下是我的个人信息 ：" << endl;cout << endl;cout << "我的学号为 :" << _stuId << endl;}
protected:int _stuId; // 学号
};// 老师类  --- 派生/子属性
class Teacher : public Person
{
public:Teacher(int workId = 2024916):Person("xas","987654321",26),_workId(workId){cout << "我是一个老师" << endl;cout << "以下是我的个人信息 ：" << endl;cout << endl;cout << "我的工号为 :" << _workId << endl;}
protected:int _workId; // 工号
};int main()
{Student s;s.Print();cout << "---------------------" << endl;cout << "---------------------" << endl;Teacher t;t.Print();return 0;
}

继承后，父类的 Person 的成员(成员函数+成员变量)都会变成子类的一部分。这里体现出了Student 和 Teacher 复用了 Person

💢继承的定义💢

了解完继承相关概念后，就可以开始学习使用继承了

🥝定义格式

格式如下: Person 是父类，也称作基类; Student 是子类，也称作派生类。

格式为：子类 : 继承方式父类，比如 class a : public b 就表示 a 继承了 b，并且还是 公有继承

注：Java 中的继承符号为 extern，而 C++ 中为 :

🍇继承权限

继承有权限的概念，分别为：公有继承（public）、保护继承（protected）、私有继承（private）

没错，与类中的访问 限定修饰符 一样，不过这些符号在这里表示 继承权限

简单回顾下各种限定符的用途

公有 public：公开的，任何人都可以访问
保护 protected：保护的，只有当前类和子类可以访问
私有 private：私有的，只允许当前类进行访问

权限大小：公有 > 保护 > 私有
保护 protected 比较特殊，只有在继承中才能体现它的价值，否则与私有作用一样

此时我们发现 ---- 访问权限：三种继承权限：三种

根据排列组合，可以列出以下多种搭配方案

父类成员 / 继承权限	public	protected	private
父类的 `public` 成员	外部可见，子类中可见	外部不可见，子类中可见	外部不可见，子类中可见
父类的 `protected` 成员	外部不可见，子类中可见	外部不可见，子类中可见	外部不可见，子类中可见
父类的 `private` 成员	都不可见	都不可见	都不可见

注：所谓的--外部--其实就是子类对象

总结：

无论是哪种继承方式，父类中的 private 成员始终不可被 [子类 / 外部] 访问；当外部试图访问父类成员时，依据 min(父类成员权限, 子类继承权限)，只有最终权限为 public 时，外部才能访问
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。

如何证明呢？ 通过一下的代码，我们来验证上面的结论！！

// 父类
class A
{
public:int _a;
protected:int _b;
private:int _c;
};// 子类
class B : public A
{
public:B(){cout << _a << endl;cout << _b << endl;cout << _c << endl;}
};int main()
{// 外部（子类对象）B b;      b._a;
}

public 继承

protected 继承

private 继承

之所以说 C++ 的继承机制设计复杂了，是因为 protected 和 private 继承时的效果一样

其实 C++ 中搞这么多种情况（9种）完全没必要，实际使用中，最常见到的组合为 public : public 和 protected : public

如何优雅的使用好 ---- 继承权限？

对于只想自己类中查看的成员，设为 private，对于想共享给子类使用的成员，设为 protected，其他成员都可以设为 public

比如在张三家中，张三家的房子面积允许公开，家庭存款只限家庭成员共享，而个人隐私数据则可以设为私有

class Home
{
public:int area = 500;	//500 平米的大房子
};class Father : public Home
{
protected:int money = 50000;	//存款五万
private:int privateMoney = 100;	//私房钱，怎能公开？
};class Zhangsan : public Father
{
public:Zhangsan(){cout << "我是张三" << endl;cout << "我知道我家房子有 " << area << " 平方米" << endl;cout << "我也知道我家存款有 " << money << endl;cout << "但我不知道我爸爸的私房钱有多少" << endl;}
};class Xiaoming
{
public:Xiaoming(){cout << "我是小明" << endl;cout << "我只知道张三家房子有 " << Home().area << " 平方米" << endl;cout << "其他情况我一概不知" << endl;}
};int main()
{Zhangsan z;cout << "================" << endl;Xiaoming x;return 0;
}

三、基类与派生类对象的赋值转换

在继承中，允许将子类对象直接赋值给父类，但不允许父类对象赋值给子类

这其实很好理解，儿子以后可以当父亲，父亲还可以当儿子吗？

并且这种赋值是非常自然的，编译器直接处理，不需要调用 赋值重载 等函数

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。

(1) 子类对象可以赋值给父类对象

//基类
class Person
{
public:string _name; // 姓名string _sex; // 性别int _age; // 年龄
};//派生类
class Student : public Person
{
public:int _id;
};int main()
{Person p;Student s;s._name = "张三";s._sex = "男";s._age = 20;s._id = 8888;p = s; // 子类对象赋值给父类对象return 0;
}

通过调式可以看到，为什么没有把 id 赋值过去呢?

这里有个形象的说法叫切片或者切割，相当于把派生类中父类那部分切来赋值过去，如图所示:

(2) 子类对象可以赋值给父类指针

//基类
class Person
{
public:string _name; // 姓名string _sex; // 性别int _age; // 年龄
};//派生类
class Student : public Person
{
public:int _id;
};int main()
{Student s;s._name = "张三";s._sex = "男";s._age = 20;s._id = 8888;Person* p = &s;return 0;
}

可以看到，当父类对象是一个指针的时候，照样可以赋值过去：

子类对象赋值给父类指针切片图：

(3) 子类对象可以赋值给父类引用

//基类
class Person
{
public:string _name; // 姓名string _sex; // 性别int _age; // 年龄
};//派生类
class Student : public Person
{
public:int _id;
};int main()
{Student s;s._name = "张三";s._sex = "男";s._age = 20;s._id = 8888;Person& rp = s;return 0;
}

可以看到，当父类对象是一个引用的时候，也可以赋值过去：

子类对象赋值给父类引用切换图片：

(4) 父类对象不能赋值给子类对象

//基类
class Person
{
public:string _name; // 姓名string _sex; // 性别int _age; // 年龄
};//派生类
class Student : public Person
{
public:int _id;
};int main()
{Student s;Person p;s = p;return 0;
}

编译会报错：

四、继承的作用域

在继承体系中基类和 派生类 都有独立的作用域，如果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。

代码示例: 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。

// 基类
class Person
{
protected:string _name = "Edison"; // 姓名int _num = 555; // 身份证号
};// 派生类
class Student : public Person
{
public:void Print(){cout << "姓名:" << _name << endl;cout << "学号:" << _num << endl;}
protected:int _num = 888; // 学号
};int main()
{Student s1;s1.Print();return 0;
}

运行可以看到，访问的是子类中的_num (类似于局部优先的原则)

那么如果我想访问父类中的_num 呢 ? 可以使用基类 :: 基类成员显示的去访问 :

// 基类
class Person
{
protected:string _name = "Edison"; // 姓名int _num = 555; // 身份证号
};// 派生类
class Student : public Person
{
public:void Print(){cout << "姓名:" << _name << endl;cout << " 身份证号:" << Person::_num << endl;}
protected:int _num = 888; // 学号
};int main()
{Student s1;s1.Print();return 0;
}

可以看到，此时就是访问的父类中的 _num

还有一点需要注意的是 : 如果是成员函数的隐藏，只需要函数名相同就构成隐藏。

// 基类
class A
{
public:void fun(){cout << "A::func()" << endl;}
};// 派生类
class B : public A
{
public:void fun(int i){cout << "B::func()" << endl;cout << "func(int i)->" << i << endl;}
};int main()
{B b;b.fun(10);return 0;
}

可以看到，默认是去调用子类的 fun() 函数，因为成员函数满足函数名相同就构成隐藏。

如果想调用父类的 fun() 还是需要指定作用域

// 基类
class A
{
public:void fun(){cout << "A::func()" << endl;}
};// 派生类
class B : public A
{
public:void fun(int i){cout << "B::func()" << endl;cout << "func(int i)->" << i << endl;}
};int main()
{B b;b.A::fun();return 0;
}

运行可以看到，此时就是调用父类中的 fun()

注意：B 中的 fun 和 A 中的 fun 不是构成函数重载，而是隐藏！函数重载的要求是在同一作用域里面！！

另外，在实际中在继承体系里面最好不要定义同名的成员。

五、派生类中的默认成员函数

派生类（子类）也是类，同样会生成 六个默认成员函数（用户未定义的情况下）

不同于单一的类，子类是在父类的基础之上创建的，因此它在进行相关操作时，需要为父类进行考虑

这里我们只以下面的两个类为基础，讨论四类默认成员函数：构造函数、拷贝构造、赋值运算符重载、析构函数

class Person
{
public:Person(const std::string name = std::string(), const int age = 18, const int sex = 1): _name(name), _age(age), _sex(sex){std::cout << "Person()" << std::endl;}Person(const Person& p): _name(p._name), _age(p._age), _sex(p._sex){std::cout << "Person(const Person& p)" << std::endl;}Person& operator= (const Person& p){std::cout << "operator= (const Person& p)" << std::endl;if (this != &p){_name = p._name;}return *this;}~Person(){std::cout << "~Person()" << std::endl;}
protected:std::string _name;int _age = 18;int _sex = 1;
};class Student : public Person
{
public:
protected:long long _st_id;
};

💢默认成员函数的调用 💢

🔥构造函数与析构函数🔥

int main()
{Student st;return 0;
}

output：

Person()     // s1 的构造
~Person()    // s1 的析构

说明了，派生类的默认构造函数和默认析构函数都会 -----自动调用基类的构造和析构

🔥拷贝构造🔥

int main()
{Student st1;Student st2(st1);return 0;
}

output:

Person()                 // s1 的构造函数
Person(const Person& p)  // s2 拷贝构造
~Person()                // s2 的析构函数
~Person()                // s1 的析构函数

说明了，派生类的默认拷贝构造会自动调用基类的拷贝构造

🔥赋值运算符重载 🔥

int main()
{Student st1, st2;st1 = st2;return 0;
}

output：

Person()    // s1 的拷贝构造
Person()    // s2 的拷贝构造
operator= (const Person& p)    // 赋值重载
~Person()   // s2 的析构函数
~Person()   // s1 的析构函数

说明了，派生类的默认赋值运算符重载会自动调用基类的赋值运算符重载

实际上，我们可以将派生类的成员分成三部分：基类成员、内置类型成员、自定义类型成员

继承相较于我们以前学的类和对象，可以说就是多了基类那一部分
当调用派生类的默认成员函数时，对于基类成员都会调用对应基类的默认成员函数来处理

💢显示成员函数的调用 💢

🔥构造函数 🔥

当实现派生类的构造函数时，就算不显示调用基类的构造，系统也会自动调用基类的构造：

class Student : public Person
{
public:Student(long long st_id = 111): _st_id(st_id){std::cout << "Student()" << std::endl;}
protected:long long _st_id;
};
int main()
{Student st;return 0;
}

output:

Person()
Student()
~Person()

如果需要显示的调用基类的构造函数，应该这样写：

Student(long long st_id = 111): _st_id(st_id), Person("xas", 18)
{std::cout << "Student()" << std::endl;
}

特别注意：

Person("xas", 18)如果放在初始化列表，那就使显式调用基类的构造函数；如果放在函数体内，那就使创建一个基类的匿名对象

🔥拷贝构造 🔥

当实现派生类的拷贝构造时，如果没有显式调用基类的拷贝构造，那么系统就会自动调用基类的构造

class Student : public Person
{
public:Student(long long st_id = 111): _st_id(st_id), Person("xas", 18){std::cout << "Student()" << std::endl;}Student(const Student& s): _st_id(s._st_id){std::cout << "Student(const Student& s)" << std::endl;}
protected:long long _st_id;
};
int main()
{Student st1;Student st2(st1);return 0;
}

output：

Person()
Student()
Person()	//系统自动调用了基类的构造
Student(const Student& s)
~Person()
~Person()

也可以像显示调用构造函数一样显式调用基类的拷贝构造：

Student(const Student& s): Person(s), _st_id(s._st_id)
{std::cout << "Student(const Student& s)" << std::endl;
}

🔥赋值运算符重载 🔥

在实现派生类的赋值运算符重载时，如果没有显式调用基类的赋值运算符重载，系统也不会自动调用基类的赋值运算符重载

class Student : public Person
{
public:Student(long long st_id = 111): _st_id(st_id), Person("xas", 18){std::cout << "Student()" << std::endl;}Student& operator= (const Student& s){std::cout << "operator= (const Student& s)" << std::endl;if (this != &s){_st_id = s._st_id;}return *this;}
protected:long long _st_id;
};
int main()
{Student st1, st2;st1 = st2;return 0;
}

output:

Person()
Student()
Person()
Student()
operator= (const Student& s)
~Person()
~Person()

因此，在实现派生类的赋值运算符重载时，必须显示调用基类的赋值运算符重载：

Student& operator= (const Student& s)
{std::cout << "operator= (const Student& s)" << std::endl;if (this != &s){Person::operator=(s);	//由于基类和派生类的赋值运算符重载构成隐藏，因此要用 :: 指定类域_st_id = s._st_id;}return *this;
}

🔥析构函数🔥

在实现派生类的析构函数时，不要显式调用基类的析构函数，系统会在派生类的析构完成后自动调用基类的析构

class Student : public Person
{
public:Student(long long st_id = 111): _st_id(st_id), Person("xas", 18){std::cout << "Student()" << std::endl;}~Student(){std::cout << "~Student()" << std::endl;}
protected:long long _st_id;
};int main()
{Student st1;return 0;
}

output:

Person()
Student()
~Student()
~Person()

和前面的默认成员函数不同，在实现派生类的析构时，基类的析构不能显式调用
这是因为，如果显示调用了基类的析构，就会导致基类成员的资源先被清理，如果此时派生类成员还访问了基类成员指向的资源就，就会导致野指针问题
因此，必须保证析构顺序为先子后父，保证数据访问的安全

六、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，只能访问自己的私有和保护成员。

下面代码中，Display 函数是基类 Person 的友元，但是 Display 函数不是派生类 Student 的友元，也就是说 Display 函数无法访

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; // 可以访问cout << s._stuNum << endl; // 无法访问
}int main()
{Person p;Student s;Display(p, s);return 0;
}

可以看到运行会报错：

如果想让 Display 函数也能够访问派生类Student 的私有和保护成员，只需要在派生类Student 当中进行友元声明。

class Student;class Person
{
public:friend void Display(const Person& p, const Student& s); // 声明Display是Person的友元
protected:string _name; // 姓名
};class Student : public Person
{
public:friend void Display(const Person& p, const Student& s); // 声明Display是Student的友元
protected:int _stuNum; // 学号
};void Display(const Person& p, const Student& s)
{cout << p._name << endl; // 可以访问cout << s._stuNum << endl; // 可以访问
}int main()
{Person p;Student s;Display(p, s);return 0;
}

七、继承与静态成员

如果基类中定义了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。

下面代码中，在基类 Person 当中定义了静态成员变量 _ count, 派生类 Student 和 Graduate 继承了Person, 但是，在整个继承体

// 基类
class Person
{
public:Person() { ++_count; }
protected:string _name; // 姓名
public:static int _count; // 统计人的个数。
};// 静态成员在类外面定义
int Person::_count = 0; // 派生类
class Student : public Person
{
protected:int _stuNum; // 学号
};// 派生类
class Graduate : public Student
{
protected:string _seminarCourse; // 研究科目
};int main()
{Student s1;Student s2;Student s3;Graduate s4;Person s;cout << " 人数 :" << Person::_count << endl;cout << " 人数 :" << Student::_count << endl;cout << " 人数 :" << s4._count << endl;return 0;
}

我们定义了5个对象，那么每定义一个对象都会去调用一次++ _count ，打印以后可以看到，这几个对象里面的 _count 都是一样的:

同时，我们还可以打印一下地址，可以看到也是同-个:

总结: 关于父类中的静态成员，子类继续下来以后都是同一个，类似于“传家宝"。

八、菱形继承

💧 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

💧 菱形继承💧

C++ 支持多继承，即支持一个子类继承多个父类，使其基础信息更为丰富，但凡事都有双面性，多继承在带来巨大便捷性的同时，也带来了个巨大的坑：菱形继承问题

🍍概念

首先 C++ 允许出现多继承的情况，如下图所示

这样看很正常是吧，但如果出现以下这种 重复继承 的情况，就比较麻烦了

此时 普通人X 会纠结于使用哪一个 不用吃饭 的属性！这对于编译器来说，是一件无法处理的事

🍉现象

将上述概念转化为代码，观察实际现象

注：多继承时，只需要在父类之后，添加 , 号，继续增加想要继承的父类

class Person
{
public:string _name;	//姓名
};//本科生
class Undergraduate : public Person
{};//研究生
class Postgraduate : public Person
{};//毕业生
class Graduate : public Undergraduate, public Postgraduate
{};int main()
{Graduate g1;g1._name = "zhangsan";return 0;
}

无法编译！

原因分析：

Undergraduate 中继承了 Person 的 _name，Postgraduate 也继承了 Person 的 _name

Graduate 多继承 Undergraduate 、Postgraduate 后，同时拥有了两个 _name，使用时，无法区分！

通过监视窗口查看信息：

解决方法：

想要解决二义性很简单，通过 :: 限制访问域即可

Graduate g1;
g1.Undergraduate::_name = "zhangsan";
cout << g1.Undergraduate::_name << endl;

但这没有从本质上解决问题！而且还没有解决数据冗余问题

真正的解决方法：虚继承

注：虚继承是专门用来解决菱形继承问题的，与多态中的虚函数没有直接关系

虚继承：在菱形继承的腰部继承父类时，加上 virtual 关键字修饰被继承的父类

class Person
{
public:string _name;	//姓名
};//本科生
class Undergraduate : virtual public Person
{};//研究生
class Postgraduate : virtual public Person
{};//毕业生
class Graduate : public Undergraduate, public Postgraduate
{};int main()
{Graduate g1;g1._name = "zhangsan";cout << g1._name << endl;return 0;
}

此时可以解决 菱形继承 的 数据冗余 和 二义性 问题

虚继承是如何解决菱形继承问题的？

利用虚基表将冗余的数据存储起来，此时冗余的数据合并为一份
原来存储冗余数据的位置，现在用来存储虚基表指针

此时无论这个冗余的数据存储在何处，都能通过基地址 + 偏移量的方式进行访问

九、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。
而组合是一种 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。

举个例子: 轿车和奔驰就构成 is-a 的关系，所以可以使用继承。

// 车类
class Car
{
protected:string _colour = "黑色"; // 颜色string _num = "川A66688"; // 车牌号
};// 奔驰
class Benz : public Car
{
public:void Drive(){cout << "好开-操控" << endl;}
};

再举个例子:汽车和轮胎之间就是 has-a 的关系，它们之间则适合使用组合。

// 轮胎
class Tire {
protected:string _brand = "Michelin"; // 品牌size_t _size = 17; // 尺寸};// 汽车
class Car {
protected:string _colour = "黑色"; // 颜色string _num = "川A66688"; // 车牌号Tire _t; // 轮胎
};

实际项目中，更推荐使用组合的方式，这样可以做到解耦，避免因父类的改动而直接影响到子类

公有继承：is-a —> 高耦合，可以直接使用父类成员
组合：has-a —> 低耦合，可以间接使用父类成员

十、继承的总结和反思

1. 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。

2. 多继承可以认为是C++的缺陷之一，很多后来的面向对象语言都没有多继承，如Java。