C++之继承
目录
1.继承的概念及定义
1.继承的概念
2.继承定义
2.基类和派生类对象赋值转换
3.继承中的作用域
5.继承与友元
6.继承与静态成员
7.复杂的菱形继承及菱形虚拟继承
1.单继承
2.多继承
3.菱形继承
4.继承的总结和反思
5.菱形继承的解决方案
6.虚拟继承的原理和缺陷
1.继承的概念及定义
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。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; // 年龄
};class Student : public Person
{
protected:int _stuid; // 学号
};class Teacher : public Person
{
protected:int _jobid; // 工号
};比如上面就是Teacher类和Student类对Person类的继承。
2.继承定义
（1）定义格式
（2）继承方式和访问限定
（3）实例演示
// 实例演示三种继承关系下基类成员的各类型成员访问关系的变化
class Person
{
public :void Print (){cout<<_name <<endl;}
protected :string _name ; // 姓名
private :int _age ; // 年龄
};
//class Student : protected Person
//class Student : private Person
class Student : public Person
{
protected :int _stunum ; // 学号
};（4）继承基类成员访问方式的变化
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直接访问它，但是可以调用基类函数去访问它。
（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）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）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，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。
（5）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。
2.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。这里有个形象的说法叫切片
或者切割。即把派生类中父类那部分切来赋值过去，而且不存在类型转换（前提是公有继承）。但是基类不可以赋值给派生类，因为派生类独有的一部分无法被初始化（不过基类的指针可以通过强制类型转换赋值给派生类的指针）。
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。
class Person
{
protected :string _name; // 姓名string _sex; // 性别int _age; // 年龄
};class Student : public Person
{
public :int _No ; // 学号
};void Test ()
{Student sobj ;// 1.子类对象可以赋值给父类对象/指针/引用Person pobj = sobj ;Person* pp = &sobj;Person& rp = sobj;//2.基类对象不能赋值给派生类对象sobj = pobj;// 3.基类的指针可以通过强制类型转换赋值给派生类的指针pp = &sobjStudent* ps1 = (Student*)pp; // 这种情况转换时可以的。ps1->_No = 10;pp = &pobj;Student* ps2 = (Student*)pp; // 这种情况转换时虽然可以，但是会存在越界访问的问题ps2->_No = 10;
}3.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。如果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，如果在子类想访问基类成员，可以使用 基类::基类成员 显示访问。
我们来看一段代码：
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;}
};类A和类B里面的fun()虽然同名，且参数不同，但是不在同一个作用域，所以不构成函数重载，而是隐藏。
（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，不需要考虑参数和返回值。
（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。
4.派生类的默认成员函数
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
（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。
（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。
（3）派生类的operator=必须要调用基类的operator=完成基类的复制。
以上三条说明基类的成员必须是由基类自己来处理的。
（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。
（5）派生类对象初始化先调用基类构造再调派生类构造。
（6）派生类对象析构清理先调用派生类析构再调基类的析构。
这说明派生类和基类还是遵从先构造，后析构的规则的。
（7）因为后续一些场景析构函数需要构成重写，重写的条件之一是函数名相同。那么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。（注意：子类的析构函数完成时，会自动调用基类的析构函数，保证先析构子，后析构父，所以我们不要去显示调用）。
5.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。
class Student;
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;cout << s._stuNum << endl; //不能访问子类成员
}
void main()
{Person p;Student s;Display(p, s);
}友元函数尽量少用，因为这会破坏封装性。
6.继承与静态成员
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
};int main()
{Person p;Student s;printf("%p\\n%p",&p._count,&s._count);printf("\\n%d\\n%d", p._count,s._count);return 0;
}
运行结果说明：静态成员只有一个。是被基类和子类共享的，且这个程序调用了2次基类构造函数
总结：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。
思考：实现一个不能被继承的类
class A
{
public:static A object(){return A();}
private:A(){}
};
解析：把构造函数放在private，但是这样A在外面也不可以调用构造函数创建对象了，所以可以用一个成员函数来调用构造函数，但是没有对象就无法调用构找函数，所以我们选择把object()设置为静态成员函数。
7.复杂的菱形继承及菱形虚拟继承
1.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
2.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
3.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：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Assistant的对象中Person成员会有两份。
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
};void Test ()
{// 这样会有二义性无法明确知道访问的是哪一个Assistant a ;
a._name = "peter";
// 需要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a.Student::_name = "xxx";a.Teacher::_name = "yyy";
}有同学可能会疑问：不同的身份有不同的名字不是很正常吗？我是学生是叫小王，是老师是就叫老王。但是我们的信息不止一个，我们还有住址，电话号码，身份证号码等等。
4.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
5.菱形继承的解决方案
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。即在声明派生类时，指定继承方式为virtual，这样可以保证间接继承共同基类时只保留一份基类成员。需要注意的是，虚拟继承不要在其他地
方去使用。
下面的例子就使用了虚拟继承
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;
};
int main()
{D d;d.B::_a = 1;d.C::_a = 2;d._b = 3;d._c = 4;d._d = 5;return 0;
}下面我们来运行一下这一段代码，并在内存里观察一下（至于为什么不在监视窗口看，是因为监视窗口的数据并不是最原始的，是做过改动的）
这里可以分析出D对象中将A放到的了对象组成的最下面，这个A同时属于B和C，那么B和C如何去找到公共的A呢？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。
这一个是使用了菱形继承但是没有用虚拟继承的例子
可能有同学会好奇，不是说虚拟继承会解决内存冗余的问题吗？为什么对象d占用的空间还变大了？
答：这里的d对象占用的空间确实变大了，那是因为两个指针用的空间大于了对象a本身，但是当你的a对象比较大的时候，就可以起到节省内存的作用了。
6.虚拟继承的原理和缺陷
（1）在使用虚拟继承时，需要在派生类的构造函数中显式地调用虚基类的构造函数，以初始化虚基类的成员 。例如，下面的代码就是一个虚拟继承的例子，其中类B和类C都虚拟继承自类A，而类D继承自类B和类C。在类D的构造函数中，需要调用A的构造函数，以及B和C的构造函数 。
（2）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。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。
