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C++?繼承的范例講解

更新時(shí)間：2022年06月06日 08:39:20 作者：林慢慢腦瓜子嗡嗡的

繼承是C++面向?qū)ο缶幊讨械囊婚T。繼承是子類繼承父類的特征和行為，或者是繼承父類得方法，使的子類具有父類得的特性和行為。重寫是子類對(duì)父類的允許訪問的方法實(shí)行的過程進(jìn)行重新編寫，返回值和形參都不能改變。就是對(duì)原本的父類進(jìn)行重新編寫，但是外部接口不能被重寫

1.繼承的概念

繼承，是面向?qū)ο蟮娜筇匦灾?。繼承可以理解成是類級(jí)別的一個(gè)復(fù)用，它允許我們?cè)谠蓄惖幕A(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，增加新的功能。

當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)類時(shí)，我們可以繼承一個(gè)已有類的成員和方法，并且在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行提升，這個(gè)被繼承的類叫做基類，而這個(gè)繼承后新建的類叫做派生類。

用法如下：

class [派生類名] : [繼承類型] [基類名]

例如：

class Person
{
public:
	string _name;
	int _age;
};
class Student : public Person
{
protected:
	string _stuNum;
};

這里的派生類Student就復(fù)用了Person的方法和成員，并在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展補(bǔ)充。

2.繼承方式

繼承的方式和類的訪問限定符一樣，分為public(公有繼承)，private(私有繼承)， protected(保護(hù)繼承)三種。

不同的繼承方式，在派生類中繼承下來(lái)的基類成員的訪問權(quán)限也不一樣。

基類的其他成員在子類的訪問方式 = Min(成員在基類的訪問限定符，繼承方式)

備注：

1.在實(shí)際運(yùn)用中一般使用都是public繼承，幾乎很少使用protetced/private繼承，也不提倡使用protetced/private繼承，因?yàn)閜rotetced/private繼承下來(lái)的成員都只能在派生類的類里面使用，實(shí)際中擴(kuò)展維護(hù)性不強(qiáng)。

2.使用關(guān)鍵字class時(shí)默認(rèn)的繼承方式是private，使用struct時(shí)默認(rèn)的繼承方式是public，不過最好顯示的寫出繼承方式。

3.基類與派生類的賦值轉(zhuǎn)換

派生類可以賦值給基類的對(duì)象、指針或者引用，這樣的賦值也叫做對(duì)象切割。

例如上面的Person類和Student類

這種賦值只能是派生類賦給基類（但需要割掉多出來(lái)的成員例如_ stuID），而基類對(duì)象不能賦給派生類。

基類的指針可以強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換賦值給派生類的指針，如:

int main()
{
	Person p1;
	Student s1;
	Person* hPtr1 = &s1;//指向派生類對(duì)象
	Person* hPtr2 = &p1;//指向基類對(duì)象
	Student* pPtr = (Student*)hPtr1;//沒問題
	Student* pPtr = (Student*)hPtr2;//有時(shí)候沒有問題，但是會(huì)存在越界風(fēng)險(xiǎn)
	return 0;
}

小結(jié)：

1.派生類可以賦值給基類的對(duì)象、指針或者引用

2.基類對(duì)象不能賦值給派生類對(duì)象

3.基類的指針可以通過強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換賦值給派生類的指針。**??但是必須是基類的指針是指向派生類對(duì)象時(shí)才是安全的，否則會(huì)存在越界的風(fēng)險(xiǎn)。**這里基類如果是多態(tài)類型，可以使用RTT的dynamic_cast來(lái)進(jìn)行識(shí)別后進(jìn)行安全轉(zhuǎn)換。

4.作用域與隱藏

??隱藏：隱藏，也叫做重定義，當(dāng)基類和派生類中出現(xiàn)重名的成員時(shí)，派生類就會(huì)將基類的同名成員給隱藏起來(lái)，然后使用自己的。（但是隱藏并不意味著就無(wú)法訪問，可以通過指明基類作用域來(lái)顯式訪問隱藏成員。)

class Person
{
public:
	void f(int age)
	{
		cout << "姓名" << _name << endl;
		cout << "年齡" << _age << endl;
	}
protected:
	string _name;
	int _age;
};
class Student : public Person
{
public:
	void f()
	{
		Person::f(32);//需顯式調(diào)用f函數(shù)
		cout << "學(xué)號(hào)" << _stuNum << endl;
	}
private:
	string _stuNum;
};

例如這里的f( ）就構(gòu)成了隱藏

同時(shí)，這里還有個(gè)需要注意的問題，在基類與派生類中，同名的方法并不能構(gòu)成重載，因?yàn)樘幱诓煌淖饔糜蛑?。而只要滿足方法名相同，就會(huì)構(gòu)成隱藏。

5.派生類的默認(rèn)成員函數(shù)

在每一個(gè)類中，都會(huì)有6個(gè)默認(rèn)的成員函數(shù)，這些函數(shù)即使我們自己不去實(shí)現(xiàn)，編譯器也會(huì)幫我們實(shí)現(xiàn)。

??這里有兩點(diǎn)需要注意（筆試題常考）：

1.構(gòu)造函數(shù)，拷貝構(gòu)造，operator=三種情況，都要調(diào)用父類對(duì)應(yīng)的構(gòu)造函數(shù)/拷貝構(gòu)造/operator=進(jìn)行對(duì)父類的成員變量的初始化，并且倘若父類沒有默認(rèn)的構(gòu)造函數(shù)的時(shí)候（比如父類寫了帶參的構(gòu)造函數(shù)），我們就要顯式調(diào)用（Person（參數(shù)…）,Person::operator=(參數(shù)…)）

??構(gòu)造函數(shù)顯示調(diào)用

派生類的構(gòu)造函數(shù)必須調(diào)用基類的構(gòu)造函數(shù)初始化基類的那一部分成員。如果基類沒有默認(rèn)的構(gòu)造函數(shù)，則必須在派生類構(gòu)造函數(shù)的初始化列表階段顯示調(diào)用。

Student()
    	:People()
	{
		cout << "Student()" << endl;
	}

??拷貝構(gòu)造顯示調(diào)用

建議拷貝構(gòu)造都用顯示調(diào)用，不然免不了出現(xiàn)子類拷貝構(gòu)造當(dāng)中調(diào)用了父類的構(gòu)造函數(shù)的情況(因?yàn)榭截悩?gòu)造也是構(gòu)造，在初始化列表處，對(duì)于子類而言，父類相當(dāng)于一個(gè)自定義類型對(duì)象，子類會(huì)調(diào)用父類的構(gòu)造函數(shù)對(duì)父類的資源進(jìn)行初始化。)

Student(const Student& s)
		:People(s)
	{
		cout << "Student(const Student& s)" << endl;
	}

??派生類的operator=必須要調(diào)用基類的operator=完成基類的復(fù)制。

Student& operator=(const Student& s)
	{
		cout << "Student& operator = (const Student& s)" << endl;
		if (this != &s)
		{
			Person:: operator=(s);
		}
	}

??析構(gòu)函數(shù)

由于編譯器會(huì)將析構(gòu)函數(shù)的名字處理成destructor，因此派生類和基類的析構(gòu)函數(shù)會(huì)構(gòu)成隱藏關(guān)系，故若要派生類要調(diào)用基類的析構(gòu)函數(shù)，那么需要顯式調(diào)用，但是編譯器會(huì)默認(rèn)在派生類的析構(gòu)函數(shù)調(diào)用結(jié)束后調(diào)用基類的析構(gòu)函數(shù)，這樣就析構(gòu)兩次了。

	~Person()
	{
		cout << "~Person()" << endl;
	}
	~Student()
	{
		Person:: ~Person();
		cout << "~Student()" << endl;
	}

在派生類中，基類的析構(gòu)函數(shù)會(huì)被隱藏，雖然它們這里的名字不同，但是為了實(shí)現(xiàn)多態(tài)，它們都會(huì)被編譯器重命名為destructor。在調(diào)用子類的構(gòu)造函數(shù)時(shí)，我們是先調(diào)用父類的構(gòu)造函數(shù)，后對(duì)子類的成員進(jìn)行構(gòu)造。由先構(gòu)造后析構(gòu)的順序，所以我們是在析構(gòu)函數(shù)當(dāng)中析構(gòu)子類的資源，析構(gòu)函數(shù)調(diào)用完后編譯器自動(dòng)幫我們調(diào)用父類的析構(gòu)函數(shù)。

6.友元與靜態(tài)成員

??1.友元

友元關(guān)系是不會(huì)繼承的，如果子類要使用父類的友元，則子類自己也要將其定義為友元。

??2.靜態(tài)成員

基類定義了static靜態(tài)成員，無(wú)論繼承了多少次，派生了多少子類，靜態(tài)成員在這整個(gè)繼承體系中有且只有一個(gè)。靜態(tài)成員不再單獨(dú)屬于某一個(gè)類亦或者是某一個(gè)對(duì)象，而是屬于這一整個(gè)繼承體系。

7.菱形繼承與虛繼承

首先簡(jiǎn)單介紹下單繼承、多繼承的概念

單繼承：一個(gè)子類只有一個(gè)直接父類時(shí)稱這個(gè)繼承關(guān)系為單繼承

多繼承：一個(gè)子類有兩個(gè)或以上直接父類時(shí)稱這個(gè)繼承關(guān)系為多繼承

菱形繼承：菱形繼承是多繼承的一種特殊情況，下面簡(jiǎn)單舉例介紹下菱形繼承及其帶來(lái)的二義性問題：

class Human
{
public:
	int _age;
};
class Student : public Human
{
public:
	int _stuNum;
};
class Teacher : public Human
{
public:
	int _teaNum;
};
class Assistant : public Teacher, public Student
{
};

哦豁?。?！菱形繼承這個(gè)關(guān)系感受到了吧！??！

??直接講下這個(gè)菱形繼承帶來(lái)的二義性問題：

按照道理來(lái)說(shuō)，各個(gè)類的大小應(yīng)該是這樣的。human類4個(gè)字節(jié)，teacher和student都是8個(gè)字節(jié)，而assistant是12個(gè)字節(jié)，但是實(shí)際上assistant卻是16字節(jié)。

??為什么assistant會(huì)有16字節(jié)？

這就是菱形繼承的數(shù)據(jù)冗余和二義性問題的體現(xiàn)。

這里的teacher和student都從human中繼承了相同的成員 _age。但是assistant再?gòu)膖eacher和student繼承時(shí)，就分別把這兩個(gè) _age都給繼承了過來(lái)，導(dǎo)致這里有了兩個(gè)一樣的成員。

在這樣的情況下，后續(xù)想給 _age賦值，也會(huì)被編譯器提示指示不明確，報(bào)錯(cuò)。

??菱形繼承的二義性是很致命的問題，如何解決呢？

虛繼承，在腰部的類繼承時(shí)添加virtual關(guān)鍵字。

class Student : virtual public Human
{
public:
	int _stuNum;
};
class Teacher : virtual public Human
{
public:
	int _teaNum;
};
class Assistant : public Teacher, public Student
{
};

這次，二義性問題解決了，teacher和student都是12個(gè)字節(jié)，而assistant是20個(gè)字節(jié)。

想知道為什么？點(diǎn)這里：從內(nèi)存角度看待虛繼承

??簡(jiǎn)單小結(jié)一下

1.可以看到?jīng)]有虛繼承的情況下，Assitant中的成員連續(xù)排列出現(xiàn)了Teacher和Student中的_age是兩個(gè)不同的值，但實(shí)際上一個(gè)人不會(huì)有兩個(gè)年齡，所以這就出現(xiàn)了數(shù)據(jù)冗余。

2.這里多出來(lái)的8個(gè)字節(jié)，其實(shí)是兩個(gè)虛基表指針。因?yàn)檫@里Human中的 _age是 teacher和 student共有的，所以為了能夠方便處理，在內(nèi)存中分布的時(shí)候，就會(huì)把這個(gè)共有成員 _age放到對(duì)象組成的最末尾的位置。然后通過了Teacher和Student的兩個(gè)指針，指向的一張表。這兩個(gè)指針叫虛基表指針，這兩個(gè)表叫虛基表。虛基表中存的偏移量。通過偏移量可以找到下面的Human。由此可見，使用了虛擬繼承后，就可以解決菱形繼承導(dǎo)致的問題。

??為什么Teacher、Student需要去找屬于自己的 _age？

基類與派生類的賦值轉(zhuǎn)換時(shí)，需要進(jìn)行切片。

int main()
{
	Assistant a;
	Teacher t = a; 
	Student s = a;
	return 0;
}

當(dāng)把對(duì)象a賦值給t和s的時(shí)候，因?yàn)樗麄兓ハ鄾]有對(duì)方的 _stuNum和 _teaNum，所以他們需要進(jìn)行對(duì)象的切割，但是又因?yàn)?_age存放在對(duì)象的最尾部，所以只有知道了自己的偏移量，才能夠成功的在切割了沒有的元素時(shí)，還能找到自己的 _age。