C++进阶-----继承

1、继承的概念和定义

        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。

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的成员。下面我们使用监视窗口查看Student和Teacher对象，可
//以看到变量的复用。调用Print可以看到成员函数的复用。
class Student : public Person
{
protected:int _stuid; // 学号
};
class Teacher : public Person
{
protected:int _jobid; // 工号
};
int main()
{Student s;Teacher t;s.Print();t.Print();return 0;
}

        由运行结果可看出student类和Teacher类都继承了Person类，并通过该类中的Print函数访问类中的属性，从而得到name和age。

2、继承的定义

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。

1.2.2 继承关系和访问限定符

1.2.3 继承积累成员访问方式的变化

总结：

        1.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。

        2. 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。         3. 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。

        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派生类的类里 面使用，实际中扩展维护性不强。

2、积累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（向上转换）。寓意把派生类中父类那部分切来赋值过去。
  • 基类对象不能赋值给派生类对象。
  • 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。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RTTI(Run-Time Type Information)的dynamic_cast 来进行识别后进行安全转换。

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;class Person
{//protected:
public:string _name; // 姓名string _sex;  // 性别int	_age;	 // 年龄
};class Student : public Person
{
public:int _No; // 学号
};int main()
{Person p;Student s;s._name = "张三";s._age = 18;s._sex = "男";// 子类对象给父类 对象/指针/引用 -- 语法天然支持，没有类型转换 p = s;Person& rp = s;Person* ptrp = &s;cout << &s << endl;cout << &rp << endl;cout << ptrp << endl;rp._age++;ptrp->_age++;//s = (Student)p;return 0;
}

3、继承中的作用域

1. 在继承体系中基类和派生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， 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）

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。

子类构造函数的原则：

        1.调用父类构造函数初始化继承自父类成员

        2.自己在初始化自己的成员 -- 规则参考普通类

        3. 析构、拷贝构造、复制重载也类似

// Student的_num和Person的_num构成隐藏关系
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 << " 身份证号:" << Person::_num << endl;cout << " 学号:" << _num << endl;}
protected:int _num = 999; // 学号
};// B中的fun和A中的fun不是构成重载，因为不是在同一作用域
// B中的fun和A中的fun构成隐藏，成员函数满足函数名相同就构成隐藏。
class A
{
public:void fun(){cout << "func()" << endl;}
};
class B : public A
{
public:void fun(int i){A::fun();cout << "func(int i)->" << i << endl;}
};

注意：

        1.父子类的析构函数构成隐藏关系，析构函数名会被统一处理成destructor（）

        2. 为了保证析构顺序，先子后父。

     

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？

        1. 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。

        2. 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。

        3. 派生类的operator=必须要调用基类的operator=完成基类的复制。

        4. 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。

        5. 派生类对象初始化先调用基类构造再调派生类构造。

        6. 派生类对象析构清理先调用派生类析构再调基类的析构。

        7. 因为后续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.继承和友元

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

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;
}
void main()
{Person p;Student s;Display(p, s);
}

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成员实例 。

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

7.复杂的菱形继承和菱形虚拟继承

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

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。

        虚拟继承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。

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：

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._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。

8.继承的总结

        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。

 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 。
  • 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。
  • 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。

1. 什么是菱形继承？菱形继承的问题是什么？

        菱形继承是指一个类同时继承自两个其他类，而这两个父类又继承自同一个共同的父类，形成了菱形的继承结构。这种继承结构在面向对象编程中可能导致一些问题，主要包括以下两个方面：

  1. 多继承问题：菱形继承中的子类会同时继承来自不同父类的成员属性和方法，如果这些父类之间有重叠的成员，或者方法实现不一致，就会引发歧义和冲突。比如，如果两个父类都定义了相同名称的方法，子类将不知道应该使用哪个父类的方法实现。

  2. 资源浪费问题：菱形继承中，共同的父类的成员属性和方法会被重复继承多次，导致资源浪费。因为子类在继承过程中会继承两次共同父类的成员，这可能会增加内存占用和代码复杂性。

2. 什么是菱形虚拟继承？如何解决数据冗余和二义性的

        菱形虚拟继承：菱形虚拟继承是针对菱形继承问题提出的解决方案之一。在菱形虚拟继承中，被共同继承的父类通过虚拟继承来解决数据冗余和二义性问题。虚拟继承的关键是在子类的继承声明中使用关键字virtual，这样可以确保共同父类在菱形继承中只有一份实例。

3. 继承和组合的区别？什么时候用继承？什么时候用组合？

  1. 继承和组合的区别：

    • 继承：继承是面向对象编程中一种通过定义新类来扩展已有类的机制。子类继承父类的属性和方法，并且可以添加新的属性和方法，实现代码的重用和扩展。
    • 组合：组合是指在一个类中引用其他类的对象作为成员变量，通过组合关系实现功能的扩展。组合不会继承父类的属性和方法，而是通过调用其他类的对象来实现功能。
  2. 什么时候用继承？ 当子类需要扩展已有类的功能，并且符合"is-a"关系时，可以使用继承。例如，狗是动物，可以用继承实现这种关系。
  3. 什么时候用组合？ 当类之间是"has-a"关系，或者需要在一个类中使用另一个类的功能而不是继承其行为时，可以使用组合。例如，一个汽车类中有引擎类的对象作为成员变量，就是组合关系。

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