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C++学习——继承

ds 2025/9/5 9:06:28

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前言

一、概念及其定义

1.1继承的概念

1.2定义格式

1.3继承方式

1.4示例

二、基类和派生类对象赋值转换

三、继承中的作用域问题

四、派生类的默认成员函数

4.1构造函数

4.2拷贝构造函数

4.3operator=函数

4.4析构函数

五、继承与友元

六、继承与静态成员

七、复杂的菱形继承及菱形虚拟继承

7.1菱形继承

7.2菱形虚拟继承

虚拟继承解决数据冗余和二义性的原理

八、注意

总结

前言

我们知道C++ 是一种多范式编程语言，支持面向对象、泛型编程和过程式编程。面向对象编程（OOP）有三大特性，分别是封装、继承、多态。

一、概念及其定义

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定义格式

class Student :public Person
{ };

其中Student是一个子类，通过一个：限定符表示的是继承了Person，public是继承方式，其中继承方式有三个，分别是public、protected、private，public和protected用的多一些。

1.3继承方式

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

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

1.4示例

#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
public:void Print(){cout << a << " " << b << endl;}
private:int a = 1;string b = "hello";
};class B :public A//派生类A共有继承基类B
{
public:
private:int c = 0;
};
int main()
{A a;B b;a.Print();b.Print();return 0;
}

子类可以调用父类，但是父类不能调用子类，继承可以看做就是后续不断在原有添加的步骤。

我们可以看到子类其实是包含了父类的。

二、基类和派生类对象赋值转换

我们知道当数值类型之间可以相互转换，遵循从小范围到大范围的自动转换（隐式转换），从大范围到小范围的强制转换（显式转换），并且赋值的时候其实是生成一个中间变量。那对于父类和子类呢？

我们这里定义一个基类一个派生类：

class Person
{
public:Person() {}Person(string name,string address):_name(name),_address(address){ }void Print(){cout << _name << " " << _address << " " ;}
protected:string _name;string _address;
};class Student :public Person
{
protected:int _jobid;
};

然后创建两个对象：

Person p;
Student s;

这样写是可以的：

p = s;

也就是子类可以给父类，但是如果反过来，父类是不能给子类的，其实就是跟权限问题一样，权限小的可以给权限大的，但是权限大的不能给小的。向上转换都是可以的 ，子类的对象、指针、引用是可以给父类的。

Person* p1 = &s;
Person& pr = s;

当然，如果你说你可以进行强转，那也没招，只不过容易出现越界的问题。

这个过程不会产生临时变量，其实就是把父类中子类的部分切出来，然后后拷贝构造过去。

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。

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(RunTime Type Information)的dynamic_cast 来进行识别后进行安全转换。

三、继承中的作用域问题

当子类和父类有同名成员的时候：

#include<iostream>
using namespace std;
class Person
{
public:void fun(){cout << "Person::fun()" << endl;}
protected:string _name = "小红";int _num = 11;
};class Student :public Person
{
public:void fun(){cout << "Student::fun()" << endl;}void Print(){cout << "姓名:" << _name << endl;cout << _num << endl;}
protected:int _num = 999;
};int main()
{Student s;s.fun();//调用fun函数，这里是调用的基类还是派生类呢s.Print();//Print里_num是用谁的呢return 0;
}

其实一句话就是：就近原则

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。

修改后：

class Student :public Person
{
public:void fun(){cout << "Student::fun()" << endl;}void Print(){cout << "姓名:" << _name << endl;cout << Person::_num << endl;}
protected:int _num = 999;
};int main()
{Student s;s.Person::fun();s.Print();return 0;
}

注意，这里不是函数重载，因为不是在同一个作用，成员函数名字相同就构成隐藏。

四、派生类的默认成员函数

我们会注意到派生类继承基类后，那么默认成员函数该怎么办，怎么写？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？

我们这里给出一个基类，通过这个基类写出派生类。

class A {
public:A(int x):_x(x){ }A(const A& a):_x(a._x){ }A& operator=(const A& a){if (this != &a){_x = a._x;}return *this;}
private:int _x;
};

4.1构造函数

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。派生类对象初始化先调用基类构造再调派生类构造。

B(int x, int y):A(x)//调用基类构造函数,_y(y)
{ }

4.2拷贝构造函数

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。

B(const B& ret):A(ret)//调用基类拷贝构造,_y(ret._y)
{ }

4.3operator=函数

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

B& operator=(const B& b)
{if (this != &b){A::operator=(b);_y = b._y;}return *this;
}

4.4析构函数

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。

~B()
{ }

五、继承与友元

一句话，友元不能被继承，例如下面的代码：

class A
{
public:friend void Print(const A& a, const B& b);
private:int _a = 1;
};class B :public A
{
private:int _b=2;
};void Print(const A& a, const B& b)
{cout << a._a << endl;cout << b._b << endl;
}

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。

六、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。

#include<iostream>
using namespace std;class A
{
public:void Print(){cout << click << endl;}static int click;
};
int A::click = 0;class B :public A
{
};int main()
{A a;B b;a.click++;a.Print();b.click--;b.Print();return 0;
}

七、复杂的菱形继承及菱形虚拟继承

7.1菱形继承

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
 

我们现在有一个类：

class A
{
public:int _a;
};class B :public A
{
protected:int _b;
};class C :public A
{
protected:int _c;
};class D :public B, public C
{
protected:int _d;
};


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D的对象中_a成员会有两份：

int main()
{D d;d._a = 1;return 0;
}

当我们在调用_a的时候，到底是谁的，B对象和C对象都有，调用谁的呢，这时候编译器也不知道了，就会出现错误，所以后来C++修复了这一问题，增加了显示指定访问来解决二义性问题。

int main()
{D d;d.B::_a = 1;d.C::_a = 2;return 0;
}

显示指定访问哪个父类的成员可以解决二义性问题，但是数据冗余问题无法解决。

7.2菱形虚拟继承

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 A
{
public:int _a;
};class B :virtual public A
{
protected:int _b;
};class C :virtual public A
{
protected:int _c;
};class D :public B, public C
{
protected:int _d;
};
int main()
{D d;d._a = 1;return 0;
}

虚拟继承解决数据冗余和二义性的原理

我们在监视窗口可以发现：

这里对d._a进行赋值，发现所有的A对象的_a都发生了改变，所以我们猜测，是否有一个统一规律的可以统一控制呢？

int main()
{D d;d.B::_a = 1;d.C::_a = 2;d._b = 3;d._c = 3;d._d = 3;return 0;
}

如果没有用虚拟继承，我们可以看一下内存状况：

这里可以看见数据冗余。

如果使用了虚拟继承，我们可以看一下内存状况：

可以看到，加上虚拟继承之后，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。

八、注意

1、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OO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。

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

继承虽好，但不要贪多哦

http://www.xdnf.cn/news/19929.html

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