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【C++】继承

news 2025/6/8 9:33:25

🌹 作者: 云小逸
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🤟 motto: 要敢于一个人默默的面对自己，强大自己才是核心。不要等到什么都没有了，才下定决心去做。种一颗树，最好的时间是十年前，其次就是现在！学会自己和解，与过去和解，努力爱自己。希望春天来之前，我们一起面朝大海，春暖花开！

🥇 专栏:

动态规划
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待续…

文章目录

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📚 前言
一、继承基础：从代码复用说起
1. 继承的本质与作用
2. 继承定义格式与访问控制

二、继承中的关键机制与细节
1. 对象赋值与切片操作
2. 作用域与成员隐藏
3. 友元与静态成员

三、子类默认成员函数的行为
1. 构造与析构顺序
2. 拷贝构造与赋值重载

四、多继承与钻石继承问题
1. 多继承的复杂性
2. 虚继承解决钻石继承

五、继承 vs 组合：如何选择？
📣 结语

📚 前言

在面向对象编程中，继承是实现代码复用的核心机制之一。它允许我们在已有类（基类）的基础上创建新类（派生类），通过扩展或修改基类的特性，高效地构建层次化的类结构。本文将深入解析C++中继承的核心概念、使用场景及常见问题，帮助开发者理解如何合理运用继承提升代码质量。

一、继承基础：从代码复用说起

1. 继承的本质与作用

核心价值：通过提取公共属性和方法到基类，派生类只需关注差异化逻辑，避免重复编码。
举例：设计学生（Student）和教师（Teacher）类时，可将姓名、电话等通用信息提取到Person基类，派生类仅需添加学号（_stuID）或工号（_wordID）等专属成员。

class Person {
public:string _name;string _tel;void PrintInfo() { /* 打印通用信息 */ }
};class Student : public Person { // 公有继承基类
public:string _stuID; // 学生专属学号
};

层次化设计：体现“由简单到复杂”的认知过程，如Person→Student→GraduateStudent的递进关系。

2. 继承定义格式与访问控制

语法结构：
```
class 派生类 : 继承方式 基类 { /* 派生类成员 */ };
```
其中继承方式包括public（公有）、protected（保护）、private（私有），默认值为private（class关键字）或public（struct关键字）。
访问限定符影响：
- public继承：基类的public/protected成员在派生类中保持原有访问级别，private成员不可见（但仍被继承，只是无法访问）。
- protected/private继承：基类的public成员在派生类中变为protected或private，具体规则可简化为“取继承方式与成员访问级别的最小值”（public > protected > private）。

二、继承中的关键机制与细节

1. 对象赋值与切片操作

子类→父类赋值：合法，称为“切片”，派生类对象中基类部分会被复制到基类对象/指针/引用中。
```
Student s;
Person p = s; // 切片操作，仅复制s中的Person部分
```
父类→子类赋值：非法，无法将基类对象直接赋值给派生类对象（需强制类型转换，但可能导致越界）。

2. 作用域与成员隐藏

同名成员隐藏：若派生类与基类存在同名成员（变量或函数），派生类成员会覆盖基类成员（称为“隐藏”或“重定义”）。
解决：通过基类::成员名显式访问基类成员。

class Person { public: int _num; };
class Student : public Person { public: int _num; }; // 隐藏基类的_numStudent s;
s._num = 10; // 访问派生类的_num
s.Person::_num = 20; // 显式访问基类的_num

3. 友元与静态成员

友元不继承：基类的友元无法访问派生类的protected/private成员，反之亦然。

静态成员共享：基类的静态成员在整个继承体系中只有一份实例，派生类可直接访问。

class Person { public: static int count; };
int Person::count = 0;
class Student : public Person {};
cout << Student::count; // 输出0，与基类共享静态成员

三、子类默认成员函数的行为

1. 构造与析构顺序

构造顺序：先调用基类构造函数（初始化基类成员），再调用派生类构造函数（初始化派生类成员）。
注意：若基类无默认构造函数，派生类需在初始化列表显式调用基类构造函数。
```
class Person { public: Person(string name) : _name(name) {} };
class Student : public Person {
public:Student(string name, int stuID) : Person(name), _stuID(stuID) {} // 显式调用基类构造
};
```
析构顺序：与构造顺序相反，先派生类析构，再基类析构（自动调用，无需显式声明）。

2. 拷贝构造与赋值重载

派生类的拷贝构造函数需显式调用基类拷贝构造函数，赋值运算符同理。

Student::Student(const Student& s) : Person(s), _stuID(s._stuID) {} // 拷贝构造
Student& Student::operator=(const Student& s) {Person::operator=(s); // 先赋值基类部分_stuID = s._stuID;return *this;
}

四、多继承与钻石继承问题

1. 多继承的复杂性

定义：一个派生类继承多个基类（如class Assistant : public Student, public Teacher）。
问题：
- 二义性：当多个基类拥有同名成员时，派生类访问该成员会产生歧义，需用作用域符明确（如a.Student::_name）。
- 数据冗余：钻石继承（菱形继承）中，顶层基类成员会在派生类中重复存储，浪费空间。

2. 虚继承解决钻石继承

核心思想：通过virtual关键字让中间基类（如Student和Teacher）共享顶层基类（Person）的同一份实例，避免数据冗余。
```
class Student : virtual public Person {}; // 虚继承
class Teacher : virtual public Person {}; // 虚继承
```
代价：虚继承会引入额外的指针（虚基类表指针），增加访问开销，但换取空间优化。

五、继承 vs 组合：如何选择？

特性	继承（is-a）	组合（has-a）
关系本质	派生类是基类的一种（如“学生是人”）	类包含另一个类的对象（如“汽车有轮胎”）
封装性	基类细节对子类可见（白箱复用），耦合度高	仅通过接口交互（黑箱复用），耦合度低
复用方式	继承基类实现，依赖基类变化	组合对象功能，依赖接口稳定性
推荐场景	严格类型层级（如“动物→猫→波斯猫”）	功能组合（如“日志类+网络类组合成通信模块”）