【C++】继承

一、继承概念与定义

【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。

class Person
{
public:void Print(){cout << "name:" << _name << endl;cout << "age:" << _age << endl;}
//protected:string _name = "peter"; // 姓名int _age = 18;// 年
};
// 继承父类的成员
class Student : public Person
{
protected:int _stuid; // 学号
};class Teacher : public Person
{
protected:int _jobid; // 工号
};

继承后父类的Person的成员（成员函数+成员变量）都会变成子类的一部分。这里体现出了
Student和Teacher复用了Person的成员。

另外s与p各自实例化的对象是各自的，Student中继承父类的成员_name发生了改变，不影响Teacher中继承父类的成员_name。看下图

此外对象s与p用的是同一个函数(都是父类的)，函数是共用的，函数调用在底层是同一个

【继承定义】

Person是父类，也称作基类。Student是子类，也称作派生类。

1.1继承方式与访问限定符

class Person
{
public:void Print(){cout << "name:" << _name << endl;cout << "age:" << _age << endl;}
protected:string _name = "peter";int _age = 18;
private:// 父类定义本质，子类不可见int _tel;
};

public继承

// 继承父类的成员
class Student : public Person
{
public:void func(){子类用不了(不可见)//cout << _tel << endl;cout << _name << endl;}
protected:int _stuid; // 学号
};

子类可以使用，父类的public，父类的protected，不能使用父类private，_tel成员变量。可以理解为，子类中包括父类的所有，Student 实例化出 s对象，s对象可以调用父类的公有函数Print

protected继承

Student的继承方式是protected，Person的public成员变成Student中的protected成员，而Teacher（因为public继承Student）可以使用student中protected的成员（Person中的公有函数，protected，Student中的公有函数，protected）。

总结：

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。

二、基类和派生类对象赋值转换

1.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。

2.基类对象不能赋值给派生类对象。

3.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dynamic_cast 来进行识别后进行安全转换。（ps：这个我们后
面再讲解，这里先了解一下）

p = s 把Student中父类的成员赋值给p

三、继承中的作用域

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。

为什么不要定义同名的成员？看下面代码

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;}
};
int main()
{B b;b.fun();return 0;
}

我想调用A类的func，此时发生报错，提示要求传参

那我如何调用A类的func？域名

int main()
{B b;b.A::fun();return 0;
}

所以不建议定义同名的成员

四、派生类的默认成员函数

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。

class Person
{
public:Person(const char* name) // Person(const char* name = "peter")默认构造: _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
{
protected:int _x;string _address = "123";
};

假设父类没有默认构造，会出下面的问题

我们必须在派生类构造函数的初始化列表阶段显示调用。我们看下面的代码对不对？

class Student : public Person
{
public:Student(const char* name,int x,const char* address):_name(name),_x(x),_address(address){}
protected:int _x;string _address = "123";
};

不对，可以这么理解。因为父类是一个整体，不能单独对他的成员进行处理，应该使用基类构造函数来初始化。

	Student(const char* name,int x,const char* address):Person(name),_x(x),_address(address){}

另外：父类要先初始化，因为有可能子类要父类的某个成员进行传参，如果子类先初始化，父类中的成员还是随机值，不能进行很好的传参。当然，编译器默认父类最先声明(下图证明)。

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(下图证明)。

当然，这种上面子类默认生成的是浅拷贝，当子类中含有申请释放空间时，此时要进行深拷贝

	Student(const Student& st):Person(st),_x(st._x),_address(st._address){}

这里调用的是Person的拷贝构造，进行切片切割，引用子类中父类的那部分。

3. 派生类的operator=必须要调用基类的operator=完成基类的复制(下图证明)。

要完成深拷贝时，子类的赋值拷贝要这么写

	Student& operator=(const Student& st){if (this != &st){operator=(st);_x = st._x;_address = st._address;}return *this;}

上面的代码对吗？

此时栈溢出？为什么栈溢出，这里就是继承中作用域的隐藏，子类与父类的函数一样都是operator=

所以要进行指定，Person::operator=(st)

	Student& operator=(const Student& st){if (this != &st){Person::operator=(st);_x = st._x;_address = st._address;}return *this;}

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。

	//由于多态，析构函数的名字会被统一处理成destructor//析构函数会构成隐藏，所以这里指定类域~Student(){Person::~Person();cout << "~Student()" << endl;}

上面，就是手动调用，对父类进行了2次析构如果父类的析构函数执行了 delete ptr[ ]，那么就会被执行两次，此时会造成程序运行崩溃。

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。所以不用手动调用

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

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

可以这么理解，爸爸的朋友，不是我的朋友。

class Student; //如果要使用一个类型，必须要声明过才行 
class Person
{
public:friend void Display(const Person& p, const Student& s);
protected:string _name; // 姓名
};
class Student : public Person
{
protected:int _stuNum; // 学号
};
void Display(const Person& p, const Student& s)
{cout << p._name << endl; // 可以访问父类//cout << s._stuNum << endl;// 子类，没有继承父类的友元，所以不能访问，但是可以在子类再次声明一下这个函数是子类的友元
}

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。

class Person
{
public:Person() { ++_count; }
protected:string _name; // 姓名
public:static int _count; // 统计人的个数。
};
int Person::_count = 0;
class Student : public Person
{
protected:int _stuNum; // 学号
};
class Graduate : public Student 
{
protected:string _seminarCourse; // 研究科目
};

七、复杂的菱形继承及菱形虚拟继承

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。

class Person
{
public:string _name; // 姓名
};
class Student : public Person
{
protected:int _num; //学号
};
class Teacher : public Person
{
protected:int _id; // 职工编号
};
class Assistant : public Student, public Teacher
{
protected:string _majorCourse; // 主修课程
};

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。

数据冗余：存在重复的数据在Assistant的对象中Person成员会有两份

二义性：访问不明确

解决措施可以在成员前面添加类域，但是数据冗余问题无法解决

如何解决？

7.1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。其实就是将 Student 类和 Teacher 类重复的部分，放到一个公共位置，访问的时候，直接访问这块公共位置。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 : public A // class B : virtual public A使用虚拟继承
{
public:int _b;
};class C : public A // class C : virtual public A使用虚拟继承
{
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;
}

上图可以简化为下图，D类包含了B类与C类，B类包含了A类，C类包含了A类，数据冗余

内存存放的方式来看，很显然，保存了两份 _a

使用虚拟继承以后

int main()
{D d;d.B::_a = 1;d.C::_a = 2;d._b = 3;d._c = 4;d._d = 5;return 0;
}

class B : virtual public A

class C : virtual public A

我们不难发现，A类单独出来了，数据不冗余

上图可以简化为下图，D类包含了ABC类

八、继承的总结和反思

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OO语言都没有多继承，如Java。

继承和组合

public继承是一种is-a的关系(Car和BMW Car和Benz构成is-a的关系,总类的细分支)。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（轮胎和车构成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。

class A
{};
class B
{
private:A _a;
};

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。