C++知識(shí)點(diǎn) – 繼承

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• C++知識(shí)點(diǎn) -- 繼承
• 一、概念及定義
• • 1.概念
  • 2.定義
• 二、繼承中的作用域
• 三、基類和派生類的對象賦值轉(zhuǎn)換
• 四、派生類的默認(rèn)成員函數(shù)
• • 1.默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)
  • 2.默認(rèn)析構(gòu)函數(shù)
  • 3.默認(rèn)拷貝構(gòu)造函數(shù)
  • 4.默認(rèn)賦值重載函數(shù)
• 五、繼承與友元
• 六、繼承與靜態(tài)成員
• 七、多繼承、菱形繼承與虛擬繼承
• • 1.單繼承：一個(gè)子類只有一個(gè)父類
  • 2.多繼承：一個(gè)子類有兩個(gè)或以上直接父類
  • 3.菱形繼承：
  • 4.虛擬繼承
  • 5.虛擬繼承解決數(shù)據(jù)冗余和二義性問題的原理
• 八、如何定義一個(gè)不能被繼承的類

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一、概念及定義 1.概念

繼承是面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)類的代碼復(fù)用的重要手段，它允許程序員在保留原有類的特性的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展。
我們將共有的數(shù)據(jù)和方法提取到一個(gè)類中，這個(gè)類叫做父類/基類；
然后在此基礎(chǔ)上用需要擴(kuò)展的數(shù)據(jù)和方法產(chǎn)生新的類，并且繼承父類，這些類叫做子類/派生類。
代碼如下：

class Person
{public:
	void print()
	{cout<< "name: "<< _name<< endl;
		cout<< "age: "<< _age<< endl;
	}
protected:
	string _name;
	int _age;
};

class Student : public Person
{protected:
	int _stuid;
};

class Teacher : public Person
{protected:
	int _Jobid;
};

int main()
{Student s1;
	Teacher t1;
	s1.print();
	t1.print();

	return 0;
}

從以上代碼我們可以看出，父類是Person，Student和Teacher兩個(gè)類都繼承了Person，在創(chuàng)建對象后，都能夠通過對象訪問Person中的公有成員函數(shù)。

2.定義

在上面的代碼Student類中，Student是子類，：后面的public是繼承方式，Person是父類。
繼承方式與訪問限定符一樣，都有三種：public、protected和private，繼承方式與訪問限定符之間的關(guān)系如下：

1.基類的private成員無論什么繼承方式都是不可見的；
不可見的意思是：隱身，在類作用域里面和類外面都不能訪問，例如：

class Person
{public:
	void print()
	{cout<< "name: "<< _name<< endl;
		cout<< "age: "<< _age<< endl;
	}
//protected:
private:
	string _name;
	int _age;
};

class Student : public Person
{public:
	void print_stu()
	{cout<< _name<< _age<< _stuid<< endl;
	}
protected:
	int _stuid;
};

Student以public繼承了Person類，但是Person類中的成員變量都是private的，即使繼承到Student類中，也不能夠訪問，而且在類的外面也不能訪問。

相對而言，protect和private的意思是，在類作用域里面可以訪問，在類外面不能訪問：

class Person
{public:
	void print()
	{cout<< "name: "<< _name<< endl;
		cout<< "age: "<< _age<< endl;
	}
protected:
//private:
	string _name;
	int _age;
};

class Student : public Person
{public:
	void print_stu()
	{cout<< _name<< _age<< _stuid<< endl;
	}
protected:
	int _stuid;
};

將Person中的成員變量限定改為protected，公有繼承到Student類中，就能在子類里訪問_name和_age了，但是在類外面依舊不能訪問。

2.實(shí)際上最常用的是以下的兩種繼承關(guān)系：

3.除了父類的私有成員在子類中都是不可見的，其他基類成員在子類中的訪問方式 == Min（成員在父類的訪問限定符， 繼承方式），public >protected >private；

4.使用關(guān)鍵字struct的默認(rèn)繼承方式是public，使用class的默認(rèn)繼承方式是private，最好顯式寫出繼承方式；

class Student1 : Person//默認(rèn)繼承方式是private
{protected:
	int _stuid;
};

struct Student2 : Person//默認(rèn)繼承方式是public
{int _stuid;
};

注：struct的默認(rèn)訪問限定符是public，class的默認(rèn)訪問限定符是private；

5.private成員的意義：不想被子類繼承的成員，可以設(shè)計(jì)成私有；
如果父類中想給子類復(fù)用，但又不想直接暴露在外面的成員，就設(shè)計(jì)成protected；

二、繼承中的作用域

1.在繼承中，父類和子類都有獨(dú)立的作用域；

2.若父類和子類中有同名的成員，子類成員將屏蔽父類對同名成員的直接訪問，這種情況叫做隱藏，也叫重定義。
若想訪問父類中的同名成員，可以在前面加上父類的作用域，如 Person::print();

class Person
{public:
	void print()
	{cout<< "name: "<< _name<< endl;
		cout<< "age: "<< _age<< endl;
	}
protected:
	string _name;
	int _age;
	int _num = 111;
};

class Student : public Person
{public:
	void print_stu()
	{cout<< _num<< endl;
		cout	}
protected:
	int _stuid;
	int _num = 999;
};
int main()
{Student s1;
	s1.print_stu();

	return 0;
}

上述代碼的運(yùn)行結(jié)果是：

第一行的結(jié)果999就是由于子類和父類有同名成員，父類中的就被隱藏了，默認(rèn)訪問的是子類的_num；
第二行的結(jié)果111就是在_num前加了Person的作用域限定，訪問的就是父類中的成員了。

3.如果是同名的成員函數(shù)，只需要函數(shù)名相同就構(gòu)成隱藏，參數(shù)不相同也是隱藏，這里需要和函數(shù)的重載進(jìn)行區(qū)分；
函數(shù)的隱藏是有繼承關(guān)系的父類和子類中有同名的成員函數(shù)，這兩個(gè)函數(shù)有不同的作用域，且只需函數(shù)名相同；
函數(shù)的重載是在同一作用域下，兩個(gè)同名且參數(shù)不一樣的函數(shù)，才構(gòu)成重載；

三、基類和派生類的對象賦值轉(zhuǎn)換

1.派生類對象可以賦值給基類的對象、基類的指針、基類的引用，是將派生類中基類的那部分切片后，再賦值過去；
2.基類對象不可賦值給派生類對象；
3.基類的指針或引用可以通過強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換賦值給派生類的指針或引用；

int main()
{Student s1;
	Teacher t1;

	Person p1 = s1;
	Person* pp = &s1;
	Person& rp = s1;
	
	Student* ps = (Student*)pp;//父類指針可以通過強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換賦值給子類指針
	return 0;
}

注：父類的指針指向的是子類中切片的父類的那部分；

例題：以下代碼中p1,p2,p3的關(guān)系是：

創(chuàng)建了一個(gè)子類對象d，父類Base1的指針p1指向d，父類Base2的指針p2指向d，p3是子類Derive的指針；
d對象中包含繼承的父類對象Base1和Base2還有_d，p1指向的是d中切片的Base1的那部分，p2指向的是d中切片的Base2的那部分，所以p1 != p2；
p3指向的是子類對象d，指向的是最開始的部分，因此p3 == p1；
正確答案：C

注：

先繼承的類放在子類對象的前面部分；

由于棧是從高地址向低地址增長的，而對象是按照一個(gè)整體去創(chuàng)建的，因此子類對象的位置如上圖所示，類對象在棧里面是倒著放的，因此p2 >p1；

四、派生類的默認(rèn)成員函數(shù) 1.默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)

子類默認(rèn)生成的構(gòu)造函數(shù)會(huì)完成如下操作：
1.對于自己特有的成員，內(nèi)置類型不做處理，自定義類型調(diào)用其構(gòu)造函數(shù)；
2.對于繼承父類的成員，必須調(diào)用父類的構(gòu)造函數(shù)初始化。

如果要顯式寫構(gòu)造函數(shù)，代碼如下：

class Person
{public:
	Person(const char* name)
		: _name(name)
	{cout<< "Person(const char* name)"<< endl;
	}

protected:
	string _name;
};

class Student : public Person
{public:
	Student(const char* name = "Peter", int id = 1000000)
		: _name(name)
		, _stuid(id)
	{cout<< "Student(const char* name, int id)"<< endl;
	}

protected:
	int _stuid;
};

int main()
{Student s1;
	return 0;
}

當(dāng)子類用初始化列表初始化父類的成員時(shí)，上面的寫法會(huì)報(bào)錯(cuò)：

這是因?yàn)樽宇愂菍⒏割惪醋饕粋€(gè)整體去初始化的，父類成員必須調(diào)用父類的構(gòu)造函數(shù)，不能再子類中單獨(dú)初始化；
正確方式入下：

class Student : public Person
{public:
	Student(const char* name, int id)
		: Person(name)         //注意這種特殊寫法！
		, _stuid(id)
	{cout<< "Student(const char* name, int id)"<< endl;
	}

這里類似于一個(gè)匿名對象，但不是，注意這種特殊寫法！

2.默認(rèn)析構(gòu)函數(shù)

子類默認(rèn)生成的析構(gòu)函數(shù)與默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)類似：
1.對于自己特有的成員，內(nèi)置類型不做處理，自定義類型調(diào)用其析構(gòu)函數(shù)；
2.對于繼承父類的成員，必須調(diào)用父類的析構(gòu)函數(shù)。

如果要顯式寫析構(gòu)函數(shù)，代碼如下：

class Person
{public:
	~Person()
	{cout<< "~Person()"<< endl;
	}

protected:
	string _name;
};

class Student : public Person
{public：
	~Student()
	{~Person();     //在子類的析構(gòu)中調(diào)用父類的析構(gòu)
	}

protected:
	int _stuid;
};

上面這種寫法時(shí)會(huì)報(bào)錯(cuò)的，因?yàn)橛捎诙鄳B(tài)的需要，析構(gòu)函數(shù)的名字會(huì)被統(tǒng)一處理成destructor()，子類的析構(gòu)和父類的析構(gòu)構(gòu)成了隱藏，只要加上作用域就行了：

~Student()
	{Person::~Person();
	}

如果子類的析構(gòu)中顯式調(diào)用了父類的析構(gòu)（如上面代碼所示），那么會(huì)出現(xiàn)以下情況：

父類的析構(gòu)被調(diào)用了兩次，重復(fù)析構(gòu)了，造成這種現(xiàn)象的原因是：
每個(gè)子類的析構(gòu)函數(shù)后面，都會(huì)默認(rèn)調(diào)用父類的析構(gòu)函數(shù)，這樣才能保證先析構(gòu)子類，再析構(gòu)父類，所以子類的析構(gòu)函數(shù)中不去顯式調(diào)用父類的析構(gòu)函數(shù)才是正確的。

~Student()
	{cout<< "~Student()"<< endl;
	}

注：子類構(gòu)造時(shí)，先構(gòu)造父類，再構(gòu)造子類的成員；
子類析構(gòu)時(shí)，先析構(gòu)子類成員，再析構(gòu)父類。

3.默認(rèn)拷貝構(gòu)造函數(shù)

子類默認(rèn)拷貝構(gòu)造會(huì)進(jìn)行如下操作：
1.對于自己特有的成員，內(nèi)置類型會(huì)進(jìn)行淺拷貝，自定義類型會(huì)調(diào)用其拷貝構(gòu)造；
2.對于繼承的父類成員，必須調(diào)用父類的拷貝構(gòu)造。

如果子類中顯式寫拷貝構(gòu)造，代碼如下：

class Person
{public:
	Person(const Person& p)
		: _name(p._name)
	{cout<< "Person(const Person& p)"<< endl;
	}
protected:
	string _name;
};

class Student : public Person
{public:
	Student(const Student& s)
		: Person(s)				//運(yùn)用了切片的原理
		, _stuid(s._stuid)
	{cout<< "Student(const Student& s)"<< endl;
	}

protected:
	int _stuid;
};

在子類的拷貝構(gòu)造中，沒法將子類中父類的成員直接拿出來進(jìn)行賦值，這時(shí)就將子類直接賦值給父類，構(gòu)成賦值切片。

4.默認(rèn)賦值重載函數(shù)

編譯器默認(rèn)生成的子類賦值重載函數(shù)進(jìn)行的操作如下：
1.對于自己特有的成員，內(nèi)置類型會(huì)進(jìn)行淺拷貝，自定義類型會(huì)調(diào)用其賦值重載；
2.對于繼承的父類成員，必須調(diào)用父類的賦值重載。

如果子類顯式寫賦值重載，代碼如下：

class Person
{public:
	Person& operator=(const Person& p)
	{if (this != &p)
		{	_name = p._name;
		}
		return *this;
	}

protected:
	string _name;
};

class Student : public Person
{public:
	Student& operator=(const Student& s)
	{if (this != &s)
		{	operator=(s);			//父類的成員調(diào)用父類的賦值重載
			_stuid = s._stuid;
		}
		return *this;
	}
protected:
	int _stuid;
};

上面的寫法是會(huì)報(bào)錯(cuò)的，因?yàn)樽宇惖膐perator=()和繼承父類的operator=()構(gòu)成了隱藏，這時(shí)，只要指定了父類的作用域就可以了：

Student& operator=(const Student& s)
	{if (this != &s)
		{	Person::operator=(s);			//父類的成員調(diào)用父類的賦值重載
			_stuid = s._stuid;
		}
		return *this;
	}

五、繼承與友元

友元關(guān)系不能繼承?。?！
也就是說，父類的友元函數(shù)不能訪問子類的私有和保護(hù)成員。

六、繼承與靜態(tài)成員

父類定義了一個(gè)static靜態(tài)成員，那么整個(gè)繼承體系中就只有這一個(gè)成員，無論派生出多少子類，都只有一個(gè)static成員的實(shí)例。

七、多繼承、菱形繼承與虛擬繼承 1.單繼承：一個(gè)子類只有一個(gè)父類

2.多繼承：一個(gè)子類有兩個(gè)或以上直接父類

3.菱形繼承：

代碼如下：

class Person
{protected:
	string _name;
};

class Student : public Person
{protected:
	int _stuid;
};

class Teacher : public Person
{protected:
	int _Jobid;
};

class Assistant :public Student, public Teacher
{protected:
	string _majorCourse;
};

菱形繼承是由多繼承引發(fā)的一個(gè)問題：

從上圖可以看出，菱形繼承有數(shù)據(jù)冗余和二義性的問題，在Assistant對象中Person成員會(huì)有兩份，而且在Assistant對象訪問Person的成員時(shí)們也會(huì)出現(xiàn)二義性問題，無法明確知道訪問的是哪一個(gè)成員。

int main()
{Assistant a1;
	a1._name = "Jack";    //編譯器無法知道訪問的是那個(gè)父類的_name
	
	a1.Student::_name = "Jack";  //可以通過指定作用域來解決二義性問題，但是數(shù)據(jù)冗余問題無法解決
	a1.Teacher::_name = "Bob";
	
	return 0;
}

4.虛擬繼承

虛擬繼承可以解決菱形繼承的數(shù)據(jù)冗余問題和二義性問題，在Student和Teacher繼承Person時(shí)，使用虛擬繼承，代碼如下：

class Person
{protected:
	string _name;
};

class Student : virtual public Person    //虛擬繼承
{protected:
	int _stuid;
};

class Teacher : virtual public Person
{protected:
	int _Jobid;
};

class Assistant :public Student, public Teacher
{protected:
	string _majorCourse;
};

這樣在實(shí)例化Assistant對象時(shí)，對象中只會(huì)有一組Person的成員，不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余和二義性問題。

5.虛擬繼承解決數(shù)據(jù)冗余和二義性問題的原理

給出一個(gè)簡化的菱形繼承，代碼如下：

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;
}

下圖是菱形繼承的對象成員模型，可以看到有數(shù)據(jù)冗余，A的成員有兩份：

如果將B和C對A的繼承改成虛擬繼承，其對象成員模型如下：

不存在數(shù)據(jù)冗余了，A的成員只有一份，B和C中原本存放A成員的地方，現(xiàn)在存放了一個(gè)地址，叫做虛基表指針，指向的就是虛基表，虛基表中存放的是當(dāng)前對象與虛繼承的父類對象之間的偏移量，通過偏移量來找到A。

在普通繼承中不要使用虛繼承，因?yàn)闀?huì)開辟虛基表，造成空間浪費(fèi)。

八、如何定義一個(gè)不能被繼承的類

在類名后加一個(gè)關(guān)鍵詞：final，表示當(dāng)前類為最終類，無法被繼承。代碼如下：

class A final
{public:
	int _a;
};

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