【C++进阶】继承
一、继承的基本概念及定义
1.1 继承的概念
继承的本质是代码的复用
比如：
学校的师生管理系统
有学生、老师、宿管阿姨等
每个人都有的信息名字、电话
身份证号、年龄、性别等
我们可以发现有些类型是具有共性的
如果每个类都去写，初始化时每个
都要初始化，代码就会冗余
写起来也很麻烦
于是可以将师生的共同信息提取出来
让子类去继承父类
class Person
{
public:
void Print()
{
cout << "name:" << _name << endl;
cout << "age:" << _age << endl;
}
protected:
string _name = "peter"; // 姓名
int _age = 18; // 年龄
};
继承后，父类Person的成员函数+成员变量
就会变成子类的一部分
下面Student和Teacher就体现出了
复用Person的成员
class Student : public Person
{
protected:
int _stuid; // 学号
};
class Teacher : public Person
{
protected:
int _jobid; // 工号
};
Person是父类，也称作基类
Student是子类，也称作派生类
1.2 继承关系和访问限定符
1.3 继承基类成员访问方式的变化
红色方框为常用的
总结：
-
基类private成员在派生类中不可见
不可见指基类的私有成员还是被继承到
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
等于Min(成员在基类的访问限定符，继承方式)
public > protected > private -
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 -
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 -
在实际运用中一般都是使用public继承
很少使用也不提倡使用protetced/private继承
二、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 -
基类对象不能赋值给派生类对象
把派生类中父类那部分切来赋值过去
代码实现
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <string>
using namespace std;
class Person
{
public:
void Print()
{
cout << "name:" << _name << endl;
cout << "age:" << _age << endl;
}
protected: // 在子类可见(不能用)
// private: // 在子类不可见(不能用)
string _name = "peter"; // 姓名
int _age = 18; // 年龄
};
class Student : public Person // struct 默认公有继承,class默认私有继承
{
protected:
int _stuid; // 学号
};
class Teacher : public Person
{
protected:
int _jobid; // 工号
};
int main()
{
Student s;
Teacher t;
s.Print();
t.Print();
double d = 1.1;
int i = d; // 隐式类型转换,会有临时变量
const int& ri = d;
Student s;
Person p = s; // 子类赋值给父类是天然支持的,不存在类型转换发生;因为子类就是特殊的父类对象.只适用于公有继承
Person& rp = s; // 中间没有产生临时变量
Person* ptrp = &s; // 指针也可以玩
return 0;
}
三、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) -
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 -
注意在实际中在继承体系里面
最好不要定义同名的成员
// 继承中的作用域
class Person
{
protected:
string _name = "小李子"; // 姓名
int _num = 11; // 身份证号
};
class Student : public Person
{
public:
void Print()
{
cout << " 姓名:" << _name << endl;
cout << " 身份证号:" << Person::_num << endl;
cout << " 学号:" << _num << endl;
}
protected: // 子类定义一个跟父类同名类型,访问的是子类类型.想访问父类需要指定作用域
int _num = 999; // 学号
};
void Test()
{
Student s1;
s1.Print();
};
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;
}
};
void Test2()
{
B b;
// b.fun(10);
b.A::fun(); // 指定作用域,在继承体系里面最好不要定义同名的成员
};
// A: 两个fun构成函数重载
// B: 两个fun构成隐藏
// C: 编译报错
// D: 以上说法都不对
// 选B.不构成重载,子类和父类不在同一个作用域
int main()
{
Test();
Test2();
return 0;
}
四、派生类的默认成员函数
-
派生类构造函数必须调用基类构造函数
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=必须要调用基类的
operator=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
基类构造再调派生类构造 -
派生类对象析构清理先调用
派生类析构再调基类的析构 -
编译器会对析构函数名进行特殊处理
处理成destrutor()，所以父类析构函数
不加virtual的情况下，子类析构函数和
父类析构函数构成隐藏关系
// 派生类的默认成员函数
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; // 姓名
};
class Student : public Person
{
public:
Student(const char* name, int num)
: Person(name) // 不写默认调用父类缺省构造. 如果子类没写构造和析构会自动调用父类的构造和析构,写了还是调用父类的,需要指定父类初始化
, _num(num)
{
cout << "Student()" << endl;
}
Student(const Student& s)
: Person(s) // 不写不会调用父类的,要调需要指定.调用父类要求传一个父类对象,把子类传过去让父类自己去切片
, _num(s._num)
{
cout << "Student(const Student& s)" << endl;
}
Student& operator=(const Student& s)
{
if (this != &s)
{
Person::operator=(s); // 跟父类重名隐藏,需要指定作用域,不然会调到自己陷入死循环
_num = s._num;
}
cout << "Student& operator=(const Student& s)" << endl;
return *this;
}
// 析构函数会被处理成destructor
~Student()
{
Person::~Person();
cout << "~Student()" << endl;
}
// 子类析构函数完成时,会自动调用父类析构函数,保证先析构子再析构父.如果先析构父,子类里的父成员就成野指针了
protected:
int _num; //学号
};
void Test()
{
Student s1("jack", 18);
Student s2(s1);
Student s3("rose", 17);
s1 = s3;
}
int main()
{
Student s1("张三", 18);
//Student s2(s1);
//Person p = s1; // 把子类赋值给父类调用的是父类的拷贝构造
//s1 = s2;
return 0;
}
五、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私有和保护成员
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
class Person
{
public:
Person() { ++_count; }
// protected:
string _name; // 姓名
public:
static int _count; // 统计人的个数。
};
int Person::_count = 0;
// 父类有个静态的_count,子类不会继承父类的静态count,但是可以访问;静态成员属于整个类
class Student : public Person
{
protected:
int _stuNum; // 学号
};
class Graduate : public Student
{
protected:
string _seminarCourse; // 研究科目
};
int main()
{
Person p;
Student s;
cout << &(p._name) << endl;
cout << &(s._name) << endl;
cout << &(p._count) << endl; // 子类继承后实例化对象的静态成员跟父类静态成员是同一个地址
cout << &(s._count) << endl;
// 算一下总共创建了多少个对象
Graduate g1;
Graduate g2;
cout << Person::_count << endl; // 在父类的构造函数中++count就可以,因为子类创建对象必须调用父类构造函数
cout << Graduate::_count << endl; // 静态成员是所有继承的派生类共享
return 0;
}
六、菱形继承和菱形虚拟继承
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
菱形继承的问题：有数据冗余和二义性的问题
比如下面代码，数据冗余即D有两份A的数据
二义性即不知道要访问哪个
D要访问A的_a成员，他不知道是访问
从B那里继承A还是C那里继承的A
class A
{
public:
int _a;
};
class B : public A
{
public:
int _b;
};
class C : 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;
}
而虚拟继承可以解决菱形继承的
二义性和数据冗余的问题
在继承前面加上virtual
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;
};
注意： 虚拟继承不要在其他地方去使用
七、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 -
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。继承一定程度破坏了
基类的封装，基类的改变
派生类和基类的依赖关系强，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。组合类之间没有很强的依赖关系
耦合度低 -
实际尽量多去用组合
组合的耦合度低，代码维护性好
// Car和BMW Car和Benz构成is-a的关系
class Car{
protected:
string _colour = "白色"; // 颜色
string _num = "陕ABIT00"; // 车牌号
};
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"; // 品牌
size_t _size = 17; // 尺寸
};
class Car{
protected:
string _colour = "白色"; // 颜色
string _num = "陕ABIT00"; // 车牌号
Tire _t; // 轮胎
};
八、总结
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
以及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
笔试面试题
- 什么是菱形继承？菱形继承的问题是什么？
- 什么是菱形虚拟继承？如何解决数据冗余和二义性的
- 继承和组合的区别？什么时候用继承？什么时候用组合？
????????
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