C++面向對象三大特性之一------繼承

文章目錄

前言
一、繼承的概念及定義

1.1繼承的概念
1.2 繼承定義

1.2.1定義格式
1.2.2繼承關系和通路限定符
1.2.3繼承基類成員通路方式的變化

二、基類和派生類對象指派轉換
三、繼承中的作用域
四、派生類的預設成員函數
五、繼承與友元
六、繼承與靜态成員
七、複雜的菱形繼承及菱形虛拟繼承
八、繼承的總結和反思

前言

C++這門作為面向對象的語言，繼承這個特性可少不了，本篇部落格内容豐富，介紹了很多部分，内容可能稍微有點難度和抽象，我給大家花了圖，友善大家了解。接下來進入正片！！！

正文開始

一、繼承的概念及定義

1.1繼承的概念

繼承(inheritance)機制是面向對象程式設計使代碼可以複用的最重要的手段，它允許程式員在保

持原有類特性的基礎上進行擴充，增加功能，這樣産生新的類，稱派生類。繼承呈現了面向對象

程式設計的層次結構，展現了由簡單到複雜的認知過程。以前我們接觸的複用都是函數複用，繼

承是類設計層次的複用。

class Person
{
public:
  void Print()
  {
    cout << "name:" << _name << endl;
    cout << "age:" << _age << endl;
  }
protected:
  string _name = "peter"; // 姓名
  int _age = 18;   //年齡
};
// 繼承後父類的Person的成員（成員函數+成員變量）都會變成子類的一部分。這裡展現出了Student和Teacher複用了Person的成員。
//下面我們使用監視視窗檢視Student和Teacher對象，可以看到變量的複用。調用Print可以看到成員函數的複用。
class Student : public Person
{
protected:
  int _stuid; // 學号
};

class Teacher : public Person
{
protected:
  int _jobid; // 工号
};
int main()
{
  Student s;
  Teacher t;
  s.Print();
  t.Print();
  return 0;
}

1.2 繼承定義

1.2.1定義格式

下面我們看到Person是父類，也稱作基類。Student是子類，也稱作派生類

1.2.2繼承關系和通路限定符

1.2.3繼承基類成員通路方式的變化

類成員/繼承方式	public繼承	protected繼承	private繼承
基類的public成員	派生類的public成員	派生類的protected成員	派生類的private成員
基類的protected成員	派生類的protected成員	派生類的protected成員	派生類的private成員
基類的private成員	在派生類中不可見	在派生類中不可見	在派生類中不可見

總結：

基類private成員在派生類中無論以什麼方式繼承都是不可見的。這裡的不可見是指基類的私

有成員還是被繼承到了派生類對象中，但是文法上限制派生類對象不管在類裡面還是類外面

都不能去通路它。

基類private成員在派生類中是不能被通路，如果基類成員不想在類外直接被通路，但需要在

派生類中能通路，就定義為protected。可以看出保護成員限定符是因繼承才出現的。

實際上面的表格我們進行一下總結會發現，基類的私有成員在子類都是不可見。基類的其他

成員在子類的通路方式 == Min(成員在基類的通路限定符，繼承方式)，public > protected > private。

使用關鍵字class時預設的繼承方式是private，使用struct時預設的繼承方式是public，不過

最好顯示的寫出繼承方式。

在實際運用中一般使用都是public繼承，幾乎很少使用protetced/private繼承，也不提倡

使用protetced/private繼承，因為protetced/private繼承下來的成員都隻能在派生類的類裡

面使用，實際中擴充維護性不強

二、基類和派生類對象指派轉換

派生類對象可以指派給基類的對象 / 基類的指針 / 基類的引用。這裡有個形象的說法叫切片

或者切割。寓意把派生類中父類那部分切來指派過去。

基類對象不能指派給派生類對象。

基類的指針或者引用可以通過強制類型轉換指派給派生類的指針或者引用。但是必須是基類

的指針是指向派生類對象時才是安全的。

class Person
{
protected:
  string _name; // 姓名
  string _sex;  //性别
  int _age; // 年齡
};
class Student : public Person
{
public:
  int _No; // 學号
};
void Test()
{
  Student sobj;
  // 1.子類對象可以指派給父類對象/指針/引用
  Person pobj = sobj;
  Person* pp = &sobj;
  Person& rp = sobj;

  2.基類對象不能指派給派生類對象
  //sobj = pobj;

  // 3.基類的指針可以通過強制類型轉換指派給派生類的指針
  pp = &sobj;
  Student* ps1 = (Student*)pp; // 這種情況轉換時可以的。
  ps1->_No = 10;

  pp = &pobj;
  Student* ps2 = (Student*)pp; // 這種情況轉換時雖然可以，但是會存在越界通路的問題
    ps2->_No = 10;
}
int main()
{
  Test();

  return 0;
}

三、繼承中的作用域

在繼承體系中基類和派生類都有獨立的作用域。

子類和父類中有同名成員，子類成員将屏蔽父類對同名成員的直接通路，這種情況叫隐藏，

也叫重定義。（在子類成員函數中，可以使用基類::基類成員顯示通路）

需要注意的是如果是成員函數的隐藏，隻需要函數名相同就構成隐藏。

注意在實際中在繼承體系裡面最好不要定義同名的成員。

// Student的_num和Person的_num構成隐藏關系，可以看出這樣代碼雖然能跑，但是非常容易混淆
class Person
{
protected:
  string _name = "小李子"; // 姓名
  int _num = 111;  //身份證号
};
class Student : public Person
{
public:
  void Print()
  {
    cout << " 姓名:" << _name << endl;
    cout << " 身份證号:" << Person::_num << endl;
    cout << " 學号:" << _num << endl;
  }
protected:
  int _num = 999; // 學号
};
void Test()
{
  Student s1;
  s1.Print();
}

int main()
{
  Test();
  return 0;
}

// B中的fun和A中的fun不是構成重載，因為不是在同一作用域
// B中的fun和A中的fun構成隐藏，成員函數滿足函數名相同就構成隐藏。
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 Test()
{
  B b;
  b.fun(10);
}
int main()
{
  Test();
  return 0;
}

四、派生類的預設成員函數

6個預設成員函數，“預設”的意思就是指我們不寫，編譯器會幫我們自動生成一個，那麼在派生類

中，這幾個成員函數是如何生成的呢？

派生類的構造函數必須調用基類的構造函數初始化基類的那一部分成員。如果基類沒有預設

的構造函數，則必須在派生類構造函數的初始化清單階段顯示調用。

派生類的拷貝構造函數必須調用基類的拷貝構造完成基類的拷貝初始化。

派生類的operator=必須要調用基類的operator=完成基類的複制。

派生類的析構函數會在被調用完成後自動調用基類的析構函數清理基類成員。因為這樣才能

保證派生類對象先清理派生類成員再清理基類成員的順序。

派生類對象初始化先調用基類構造再調派生類構造。

派生類對象析構清理先調用派生類析構再調基類的析構。

因為後續一些場景析構函數需要構成重寫，重寫的條件之一是函數名相同(這個在後面多态講)。那麼編譯器會對析構函數名進行特殊處理，處理成destrutor()，是以父類析構函數不加virtual的情況下，子類析構函數和父類析構函數構成隐藏關系。

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)
    , _num(num)
  {
    cout << "Student()" << endl;
  }

  Student(const Student& s)
    : Person(s)
    , _num(s._num)
  {
    cout << "Student(const Student& s)" << endl;
  }

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

  ~Student()
  {
    cout << "~Student()" << endl;
  }
protected:
  int _num; //學号
};
void Test()
{
  Student s1("jack", 18);
  Student s2(s1);
  Student s3("rose", 17);
  s1 = s3;
}
int main()
{
  Test();
  return 0;
}

派生類進行構造時，先調用基類的構造函數進行構造，程式結束，準備資源清理，先調用派生類的析構函數，然後派生類的析構函數又去調基類的析構函數！

五、繼承與友元

友元關系不能繼承，也就是說基類友元不能通路子類私有和保護成員

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; // 學号
};
void Display(const Person& p, const Student& s) {
  cout << p._name << endl;
  cout << s._stuNum << endl;
}
int main()
{
  Person p;
  Student s;
  Display(p, s);
}

六、繼承與靜态成員

基類定義了static靜态成員，則整個繼承體系裡面隻有一個這樣的成員。無論派生出多少個子

類，都隻有一個static成員執行個體。(所有基類和派生類公用這一個靜态成員變量！)

class Person
{
public:
  Person() { ++_count; }
protected:
  string _name; // 姓名
public:
  static int _count; // 統計人的個數。
};
int Person::_count = 0;
class Student : public Person
{
protected:
  int _stuNum; // 學号
};
class Graduate : public Student
{
protected:
  string _seminarCourse; // 研究科目
};
void TestPerson()
{
  Student s1;
  Student s2;
  Student s3;
  Graduate s4;
  cout << " 人數 :" << Person::_count << endl;
  Student::_count = 0;
  cout << " 人數 :" << Person::_count << endl;
}
int main()
{
  TestPerson();
  return 0;
}

每次建立派生類的對象，都會自動去調基類的構造函數，然後導緻_count++;因為所有繼承體系公用這一個靜态成員變量，是以任意去調某個對象的_count成員變量的值都是相同的！

七、複雜的菱形繼承及菱形虛拟繼承

單繼承：一個子類隻有一個直接父類時稱這個繼承關系為單繼承

多繼承：一個子類有兩個或以上直接父類時稱這個繼承關系為多繼承

菱形繼承：菱形繼承是多繼承的一種特殊情況。

菱形繼承的問題：從下面的對象成員模型構造，可以看出菱形繼承有資料備援和二義性的問題。

在Assistant的對象中Person成員會有兩份。

class Person
{
public:
  string _name; // 姓名
};
class Student : public Person
{
protected:
  int _num; //學号
};
class Teacher : public Person
{
protected:
  int _id; // 職工編号
};
class Assistant : public Student, public Teacher
{
protected:
  string _majorCourse; // 主修課程
};
void Test()
{
  // 這樣會有二義性無法明确知道通路的是哪一個
  Assistant a;
  a._name = "peter";
  // 需要顯示指定通路哪個父類的成員可以解決二義性問題，但是資料備援問題無法解決
  a.Student::_name = "xxx";
  a.Teacher::_name = "yyy";
}

虛拟繼承可以解決菱形繼承的二義性問題。但是不能解決資料備援的問題。如上面的繼承關系，在Student和

Teacher的繼承Person時使用虛拟繼承，即可解決問題。需要注意的是，虛拟繼承不要在其他地

方去使用。

{
public:
  string _name; // 姓名
};
class Student : virtual public Person
{
protected:
  int _num; //學号
};
class Teacher : virtual public Person
{
protected:
  int _id; // 職工編号
};
class Assistant : public Student, public Teacher
{
protected:
  string _majorCourse; // 主修課程
};
void Test()
{
  Assistant a;
  a._name = "peter";
}

為了研究虛拟繼承原理，我給出了一個簡化的菱形繼承繼承體系，再借助記憶體視窗觀察對象成員的模型。

沒有虛拟繼承之前

虛拟繼承以後

下圖是菱形虛拟繼承的記憶體對象成員模型：這裡可以分析出D對象中将A放到的了對象組成的最下

面，這個A同時屬于B和C，那麼B和C如何去找到公共的A呢？這裡是通過了B和C的兩個指針，指

向的一張表。這兩個指針叫虛基表指針，這兩個表叫虛基表。虛基表中存的偏移量。通過偏移量

可以找到下面的A。

由位址可以看出，虛拟繼承以後，代碼中繼承中派生類d中隻有一個_a。解決了資料的備援性。

下面是上面的Person關系菱形虛拟繼承的原了解釋：

八、繼承的總結和反思

很多人說C++文法複雜，其實多繼承就是一個展現。有了多繼承，就存在菱形繼承，有了菱

形繼承就有菱形虛拟繼承，底層實作就很複雜。是以一般不建議設計出多繼承，一定不要設

計出菱形繼承。否則在複雜度及性能上都有問題。
多繼承可以認為是C++的缺陷之一，很多後來的OO語言都沒有多繼承，如Java。

C++面向對象三大特性之一------繼承

文章目錄

前言

一、繼承的概念及定義

1.1繼承的概念

1.2 繼承定義

1.2.1定義格式

1.2.2繼承關系和通路限定符

1.2.3繼承基類成員通路方式的變化

二、基類和派生類對象指派轉換

三、繼承中的作用域

四、派生類的預設成員函數

五、繼承與友元

六、繼承與靜态成員

七、複雜的菱形繼承及菱形虛拟繼承

八、繼承的總結和反思

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