面向对象的三大特性之继承（C++）

文章目录

继承的概念和定义

概念

继承机制是面向对象编编程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，称为派生类。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。继承是类设计层次的复用。

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class Person
{
    
    
public:
	void Print()
	{
    
    
		cout << "name:" << _name << endl;
		cout << "age:" << _age << endl;
	}
protected:
	string _name = "peter"; // 姓名
	int _age = 18;			// 年龄
};
class Student : public Person
{
    
    
protected:
	int _stuid; // 学号
};
class Teacher : public Person
{
    
    
	int _jobid; // 工号
};
int main()
{
    
    
	Student s;
	Teacher t;
	s.Print();
	t.Print();

	return 0;
}

定义

定义格式

clas 派生类（子类） : 继承方式基类（父类）

继承关系和访问限定符

继承方式：public继承、protected继承、private继承
访问限定符：public访问、protected访问、private访问

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成员	在派生类中不可见	在派生类中不可见	在派生类中不可见

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。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。
基类private成员在派生类中是不能被访问的，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。
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。
在实际运用中一般使用都是public继承，几乎很少使用protected/private继承，也不提倡使用protected/private继承，因为protected/private继承，因为protected/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。

class Person
{
    
    
public:
	void Print()
	{
    
    
		cout << _name << endl;
	}
protected:
	string _name = "张三";
private:
	int _age = 18;
};
//class Student : private Person
//class Student : protected Person
class Student : public Person
{
    
    
protected:
	int _stunum;
};
int main()
{
    
    
	Student s;
	s.Print();

	return 0;
}

在这里插入图片描述

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。这种操作被叫做切片或者切割，意思是把派生类中父类的部分切割赋值过去（并没有真正的切割）。
在这里插入图片描述

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指向派生类对象时才是安全的。如果基类是多态类型，可以使用RTTI来进行识别后进行安全转换。

class Person
{
    
    
protected:
	string _name;
	string _sex;
	int _age;
};
class Student : public Person
{
    
    
public:
	int _No; // 学号
};
void Test()
{
    
    
	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.基类对象不能赋值给派生类对象
	//sobj = pobj;

	// 3.基类的指针可以通过强制类型转换赋值给派生类的指针
	pp = &sobj;
	Student* ps1 = (Student*)pp;
	ps1->_No = 10;

	//pp = &pobj;
	//Student* ps2 = (Student*)pp;// 这种情况也可以转换，但是可能会造成访问越界
	//ps2->_No = 10;
}
int main()
{
    
    
	Test();

	return 0;
}

在这里插入图片描述

继承中的作用域

在继承体系中基类和派生类都有独立的作用域。
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，也叫作重定义。（在子类成员函数中，可以使用基类::积累成员来进行显示访问）
需要注意的是如果成员函数是隐藏的，只需要函数名相同就能构成隐藏。
实际开发中尽量不要在继承体系里面定义同名的成员。

class Person
{
    
    
protected:
	string _name = "张三";
	int _num = 5107;	// 身份证号
};
class Student : public Person
{
    
    
public:
	void Print()
	{
    
    
		// Student的_num和Person的_num构成隐藏关系
		cout << "name:" << _name << endl;
		cout << "ID:" << Person::_num << endl;
		cout << "sno:" << _num << endl;
	}
protected:
	int _num = 111; // 学号
};
int main()
{
    
    
	Student s1;
	s1.Print();

	return 0;
}

// B中的fun和A中的fun不构成重载，因为不在同一个作用域
// B中的fun和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;
	}
};
int main()
{
    
    
	B b;
	b.fun(10);
	b.A::fun();

	return 0;
}

在这里插入图片描述

派生类的默认成员函数

派生类的默认成员函数，即使我们不写，编译器也会默认生成一个。

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；
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；
派生类的operator=必须调用基类的operator=来完成基类的复制；
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；
派生类对象初始化先调用基类构造再调用派生类构造；
派生类对象析构清理先调用派生类析构再调用基类的析构；

class Person
{
    
    
public:
	Person(const char* name = "peter")
		: _name(name)
	{
    
    
		cout << "Person()" << endl;
	}
	Person(const Person& p)
		: _name(p._name)
	{
    
    
		cout << "Person(const Person& p)" << endl;
	}
	Person& operator=(const Person& p)
	{
    
    
		cout << "Person operator=(const Person& p" << endl;
		if (this != &p)
			_name = p._name;

		return *this;
	}
	~Person()
	{
    
    
		cout << "~Person()" << endl;
	}
protected:
	string _name;
};
class Student : public Person
{
    
    
public:
	Student(const char* name, int num)
		: Person(name)
		, _num(num)
	{
    
    
		cout << "Student()" << endl;
	}
	Student(const Student& s)
		:Person(s)
		, _num(s._num)
	{
    
    
		cout << "Student(const Student& s)" << endl;
	}
	Student& operator= (const Student& s)
	{
    
    
		cout << "Student& operator= (const Student& s)" << endl;
		if (this != &s)
		{
    
    
			Person::operator=(s);
			_num = s._num;
		}
		return *this;
	}
	~Student()
	{
    
    
		cout << "~Student()" << endl;
	}
protected:
	int _num;
};
int main()
{
    
    
	Student s1("jack", 18);
	Student s2(s1);
	Student s3("rose", 17);
	s1 = s3;

	return 0;
}

在这里插入图片描述

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的私有和保护成员。如果需要访问，就需要在定义成子类的友元。

class Student;
class Person
{
    
    
public:
	friend void Display(const Person& p, const Student& s);
protected:
	string _name;
};
class Student : public Person
{
    
    
public:
	friend void Display(const Person& p, const Student& s);
protected:
	int _stuNum;
};
void Display(const Person& p, const Student& s)
{
    
    
	cout << p._name << endl;
	cout << s._stuNum << endl;
}
int main()
{
    
    
	Person p;
	Student s;
	Display(p, s);

	return 0;
}

在这里插入图片描述

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。无论派生出都少个派生类，都只有一个static成员实例。

class Person
{
    
    
public:
	Person()
	{
    
    
		++_count;
	}
protected:
	string _name;
public:
	static int _count;
};
int Person::_count = 0;
class Student : public Person
{
    
    
protected:
	int _stuNum;
};
class Graduate : public Student
{
    
    
protected:
	string _seminarCourse;
};
int main()
{
    
    
	Student s1;
	Student s2;
	Student s3;
	Graduate s4;
	cout << "人数:" << Person::_count << endl;
	Student::_count = 0;
	cout << "人数:" << Person::_count << endl;

	return 0;
}

在这里插入图片描述

菱形继承与虚拟继承

菱形继承

单继承：一个派生类只有一个直接基类的时候，就称这种继承是单继承。
在这里插入图片描述

多继承：一个子类有两个或两个以上的父类时，就称这种继承为多继承。
在这里插入图片描述

菱形继承：菱形继承是多继承的一种特殊情况。
在这里插入图片描述

菱形继承会造成数据冗余和二义性。

class Person
{
    
    
public:
	string _name;
};
class Student : public Person
{
    
    
protected:
	int _num;
};
class Teacher : public Person
{
    
    
protected:
	int _id;
};
class Assistant : public Student, public Teacher
{
    
    
protected:
	string _majorCourse;
};
int main()
{
    
    
	Assistant a;

	a.Student::_name = "张三";
	a.Teacher::_name = "李四";

	return 0;
}

二义性需要指定访问哪个父类成员，不然不知道访问哪个。
数据冗余指的是内存中保存了两个数据，这两个数据应该是相同的。
在这里插入图片描述

虚拟继承

虚拟继承被用来解决菱形继承导致的数据冗余和二义性问题。

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;
}

在这里插入图片描述

由上图可以得出，D对象中将A放到了对象组的最下面，这个A属于B和C。这里B和C中有两个指针，指向一张表。这两个指针叫做虚基表指针，这两个表叫做虚基表。虚基表中存放的是偏移量，通过偏移量可以找到A。
在这里插入图片描述

继承的总结与反思

多继承是C++语言复杂度的典型体现。因为有多继承就会导致菱形继承的问题出现，菱形继承就会导致数据冗余和二义性，为了解决这些问题就需要引入了虚拟继承，这是很复杂的。所以在我们平时编写代码时，要尽量避免菱形继承的出现。
多继承被公认为是C++的缺陷之一，尽管它在逻辑上是合理的。后来很多OO（面向对象）语言都都没有采用C++的多继承，比如JAVA。

继承和组合

public继承是一种is-a的关系，也就是每个派生类对象都是一个基类对象；组合是中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。
在编程开发中有限使用对象组合，而不是选择类继承。
继承允许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。白箱是相对于可视性而言的，在继承方式中，基类的内部细节对子类可见。继承在一定程度上破坏了基类的封装，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。新的更为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，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。有限使用对象组合有助于保持每个类的封装性。
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。

// Car和BMW Car和Benz构成is-a的关系
class Car
{
    
    
protected:
	string _colour = "白色";
	string _num = "川ANB666";
};
class BMW : public Car
{
    
    
public:
	void Drive()
	{
    
    
		cout << "好开-操控" << endl;
	}
};
class Benz : public Car
{
    
    
public:
	void Drive()
	{
    
    
		cout << "好坐-舒适" << endl;
	}
};
// Tire和Car构成has-a的关系
class Tire
{
    
    
protected:
	string _brand = "Michelin";
	size_t _size = 17;
};
class Car
{
    
    
protected:
	string _colour = "白色";
	string _num = "川ANB666";
	Tire _t;
};