C++ 继承相关的基础知识

什么是继承

前言 继承是c++语言一个重要的机制,该机制自动地为一个类提供来自另一个类的操作和数据结构,这使得程序员只需在新类中定义已有的类中没有的成分来建立一个新类。

1.简单继承关系由父类(A)和子类(B)组成,继承关系是 is-a 的关系。

2.is-a关系说明:
举例:学生(B)是人(A)
学生拥有人所有的特性,又单独拥有学生的特性。

继承如何定义

在定义继承时,需要使用关键字classstruct,并在类名后面加上冒号:和基类名,如下所示:
在这里插入图片描述

继承的访问权限

一张常见的表:
在这里插入图片描述

关于基类对象和派生类对象的转换

引入“切片的概念”
切片:寓意把派生 类中父类那部分切来赋值过去,如下图:
在这里插入图片描述
基类对象和派生类对象的转换的注意事项:
1.基类对象不能赋值给派生类对象
2.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,可以使用RTTI(Run-Time Type Information)的dynaic cast 来进行识别后进行安全转换。

继承的作用域

  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。

继承中派生类和基类的默认成员函数关系

  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。

注意:编译器会把所有类的中的析构函数名进行特殊处理,处理成destrutor(),子类析构函数和父类析构函数构成隐藏关系,
至于为什么这样做,涉及到“多态”的相关知识

菱形继承

1.什么是菱形继承?
按照下图的结构继承,则构成了菱形继承
在这里插入图片描述
菱形继承是一种带有错误性质的继承方法,因为如果这继承,最终D中会有两份A的切片,菱形继承有数据冗余和二义性的问题。一般情况下应避免这样的继承结构。
2.如何解决菱形继承带来的有数据冗余和二义性的问题?
解决方法:使用虚拟继承

关于虚拟继承
语法:在继承时,继承方法前 + 关键字" virtual "
注意:需要注意的是,虚拟继承不要在其他地方去使用。

虚拟继承解决问题的原理
不使用virtual的情况下的内存:
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说明:产生了冗余
使用了virtual的情况下的内存:
在这里插入图片描述

说明: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
在这里插入图片描述
3 进一步理解虚拟继承的使用场景
在这里插入图片描述
virtual为什么再B上,不在C上?

原因:virtual类的上一个父类被放在最终切片的最后位置,如果左边的virtual为于C,那么B就位于切片的最后位置,就发生了错误。而且因为重复的的是a的切片,所以只有在a下面立刻使用virtual才能标记a中的变量是被标记的

总结

  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(拓展的)
    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。(例如同学和班级的关系)
    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。

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