C++继承

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  • 1.继承的概念及定义
    • 1.1继承的概念
    • 1.2继承定义
    • 1.3继承基类成员访问方式的变化
  • 2.基类和派生类对象赋值转换
  • 3.继承中的作用域
  • 4.派生类的默认成员函数
  • 5.继承与友元
  • 6. 继承与静态成员
  • 7.复杂的菱形继承及菱形虚拟继承
  • 8.继承的总结和反思

1.继承的概念及定义

1.1继承的概念

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。

1.2继承定义

//  派生类(子类) 继承方式 基类(父类)
class Student : public Person
{
	......
};

1.3继承基类成员访问方式的变化

类成员/继承方式 public继承 protected继承 private继承
基类的public成员 派生类的public成员 派生类的protected成员 派生类的private成员
基类的protected成员 派生类的protected成员 派生类的protected成员 派生类的private成员
基类的private 在派生类中不可见 在派生类中不可见 在派生类中不可见

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.基类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。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。切片仅是针对公有继承。

为什么切片不支持私有继承和保护继承?

class Person
{
public:
	int _a;
	int _b;
protected:
	int _c;
};
class Student : private Person
{
private:
	int _m;
	int _n;
}
int main()
{
	//注意,这个过程是天然的语法支持,不存在类型转换。
	Person* ptr = Student;
	//私有继承下来,父类的成员在子类中都是不可见的,此时如果切割赋值给父类,这些属性从父类的权限来看就是公有和保护的,这样就非常不合理,所以切片只有公有继承。
}

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。

我们来看道题

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;
	 }
};
int main()
{
	 B b;
	 b.fun(10);
	 
	 return 0;
}
//四个选项
A.A的fun()和B的fun()构成函数重载
B.编译报错
C.运行错误
D.A的fun()和B的fun()构成隐藏

有了上面的介绍,大家肯定会选D,那A为什么错呢?大家可能忘了构成函数重载的一个比较细节的条件,就是必须是在同一个作用域下。
为什么子类和父类的析构函数会构成隐藏?因为编译器在对析构函数进行处理时,析构函数的名字会统一处理成destructor()。

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,编译器会帮我们自动生成一个,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式调用。
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。

5.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。

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 。
C++继承_第1张图片
通过程序验证,我们发现三份地址都是一样的,说明只有一个static成员实例。
C++继承_第2张图片
程序这样的一种写法是可以用来统计创建了多少个对象

7.复杂的菱形继承及菱形虚拟继承

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
C++继承_第3张图片
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
C++继承_第4张图片
菱形继承:菱形继承是多继承的一种特殊情况。
下面这张图只是菱形继承中的其中一种情况,只要有一个公共的祖先类都可以叫做菱形继承。
C++继承_第5张图片
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。
造成二义性是什么意思呢?

int main()
{
	Assistant a;
	a._name = "张三";
	
	return 0;
}

这样写编译器不知道你是要给谁赋值张三。只能通过限制作用域来进行赋值。

int main()
{
	Assistant a;
	a.Student::_name = "张三";
	a.Teacher::_name = "张三";
	
	return 0;
}

基于菱形问题造成的问题,就有了虚继承

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 = "张三"; 
}

此时编译器默认给Person赋值张三。
虚拟继承解决数据冗余和二义性的原理
在没有使用虚继承之前,在内存里我们可以观察到数据是按继承的顺序存储的。
C++继承_第6张图片
在使用了虚继承后
C++继承_第7张图片
此时B和C继承下来的_a都存在一个地方。
C++继承_第8张图片
B和C的成员变量上的那个值其实是B和C与公共A成员的偏移量/相对距离。A一般叫虚基类,在D里面,A放到一个公共位置,有时B和C需要去找A,就要通过虚基表中的偏移量进行计算。
注意:虚继承的继承位置是祖先类的第一个子类。
C++继承_第9张图片

8.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,很多后来的语言都没有多继承,如Java。
3.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。
    总结一下:完全符合is-a,就用继承。完全符合has-a,就用组合。都可以,优先用组合。

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