前言

C++的繼承機(jī)制相對(duì)其他語(yǔ)言是比較復(fù)雜的一種，不同于java只支持單繼承，C++不僅支持單繼承，也支持多繼承，對(duì)于多繼承中的菱形問(wèn)題會(huì)引發(fā)一系列的麻煩，C++的兩個(gè)重要缺陷，一個(gè)是多繼承，一個(gè)是垃圾回收器。本文將詳細(xì)講解C++的單繼承和多繼承，以及菱形繼承的解決方法及原理。

1.繼承的概念和定義

(1)繼承的概念

繼承是面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)使代碼可以復(fù)用的重要手段，它允許程序員在保持原有類的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展。被擴(kuò)展的類稱為基類或者父類，擴(kuò)展生成的類叫做子類或者派生類，繼承是類設(shè)計(jì)層次的復(fù)用。

繼承的作用是使得子類中既包含父類的成員，也可以包含自己的成員。

(2)繼承的定義方法

class Person
{
private:
	string _name;
	int _age;
};
class Student :public Person
{
private:
	int _id;
};

看這一段代碼，其中子類Student繼承了父類Person，Student后的public表示的是繼承方式。

(2)繼承后子類的成員類型

繼承方式和父類的成員屬性共同決定了子類中的成員屬性。我們用一張表來(lái)表示三者之間的關(guān)系。

我們只需要兩點(diǎn)來(lái)記憶這個(gè)表格：

1.基類的private成員在派生類中無(wú)論以什么方式繼承都是不可見(jiàn)的。

2.子類中的成員屬性取繼承方式和父類成員屬性中權(quán)限小的那個(gè)： public>protected>private

表格的說(shuō)明：

1.不可見(jiàn)的意思不是沒(méi)有被繼承，而是不能使用，在底層繼承下來(lái)比沒(méi)有繼承下來(lái)更方便。

2.在父類中private和protected沒(méi)有區(qū)別，但是在子類中，protected成員可以在類內(nèi)訪問(wèn)，而private不能，因此可以說(shuō)protected是為了繼承而存在的。

3.如果不寫(xiě)繼承方式，如果子類是class定義的，那么默認(rèn)為private繼承，是struct定義的，默認(rèn)是public繼承。

4.不可見(jiàn)與private成員區(qū)別：不可見(jiàn)指的是在類內(nèi)與類外都不能使用，private成員在類內(nèi)可以使用，在類外不可以使用。

5.不想給子類訪問(wèn)的成員我們?cè)O(shè)成private。

2.基類與派生類的賦值轉(zhuǎn)換

(1)派生類賦值給基類

我們定義了一個(gè)父類person和它的派生類student，以上是它們各自的成員。

當(dāng)我們將一個(gè)派生類的對(duì)象賦值給基類的對(duì)象時(shí)，發(fā)生的過(guò)程我們稱之為切片。即只將子類中父類成員賦值過(guò)去。當(dāng)父類中有private成員時(shí)，同樣會(huì)進(jìn)行切片，只是不顯示而已，因此繼承中盡量不要定義私有成員。

注意，這種賦值兼容方式僅限于公有繼承。

私有繼承不支持切片，這是因?yàn)閷?duì)于父類中的public成員，私有或保護(hù)繼承之后會(huì)轉(zhuǎn)變成private/protected類型，而賦值時(shí)會(huì)發(fā)生將派生類對(duì)象中的private/protected成員賦值給父類對(duì)象中的public成員的現(xiàn)象，但是private/protected成員在類外是不能被訪問(wèn)的，因此不支持私有繼承。

	Person b;
	Student a;
	b = a;
	Person* ptr = &a;
	Person& ref = a;

注意一個(gè)細(xì)節(jié)，我們可以使用引用賦值，說(shuō)明這里并不存在類型轉(zhuǎn)換的行為，因?yàn)轭愋娃D(zhuǎn)換中間會(huì)產(chǎn)生臨時(shí)變量，需要使用const引用。

double d;
const int& r=d;//發(fā)生了類型轉(zhuǎn)換。

(2)基類給派生類

先說(shuō)結(jié)論：

父類對(duì)象不可以直接賦值給子類對(duì)象。

這是因?yàn)樽宇悓?duì)象中有父類不存在的類型，無(wú)法進(jìn)行賦值。也不能通過(guò)所謂的強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換進(jìn)行賦值。

但是C++支持指針和引用的賦值：

	Person b;
	Student a;
	a = (Student)b;//不正確
	Student* ptr = (Student*)&b;//支持
	Student& ref = (Student&)b;//支持

雖然指針和引用可以，但是當(dāng)指針向下訪問(wèn)的時(shí)候超過(guò)父類對(duì)象的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。

會(huì)出現(xiàn)指向空的情況。

3.繼承中的作用域

(1)隱藏的概念

基類和派生類都有各自獨(dú)立的作用域。

如果不同的域內(nèi)有同名的成員，我們根據(jù)就近原則或者指定作用域的方式來(lái)指定成員的位置。

隱藏：子類與父類中出現(xiàn)同名成員，子類成員將屏蔽父類成員對(duì)同名成員進(jìn)行直接訪問(wèn)，這種情況叫隱藏，也叫重定向。

注意如果是成員函數(shù)的隱藏，只要函數(shù)名相同就會(huì)構(gòu)成隱藏，與參數(shù)無(wú)關(guān)。

舉一個(gè)例子：

class Person
{
protected:
	string _name = "小六子";
	int _num = 111;
};
class Student :public Person
{
public:
	void Print()
	{
		cout << "姓名：" << _name << endl;
		cout << "身份證號(hào)：" << Person::_num << endl;
		cout << "學(xué)號(hào)：" << _num << endl;
	}
protected:
	int _num = 999;
};
int main()
{
	Student s1;
	s1.Print();
}

在這段代碼中，Person和Student分別定義了_num，當(dāng)子類對(duì)象中的成員函數(shù)直接訪問(wèn)_num時(shí)，根據(jù)的是就近原則，訪問(wèn)的是子類中的_num，當(dāng)要訪問(wèn)父類中的_num時(shí)，需要使用::來(lái)指定類域，就可以進(jìn)行訪問(wèn)。父類中的_num與子類中的_num構(gòu)成隱藏。

這段代碼打印的結(jié)果是：

(2)例題

這里有一道小小的題目，是關(guān)于函數(shù)隱藏的：

class A
{
public:
	void func()
	{
		cout << "func" << endl;
	}
};
class B :public A
{
public:
	void func(int i)
	{
		A::func();
		cout << "func(int i)->" << i << endl;
	}
};
void Test()
{
	B b;
	b.func(10);
	b.func();
}

提問(wèn)在Test中的兩個(gè)函數(shù)能否調(diào)用成功?

b.func(10)可以調(diào)用成功，因?yàn)闃?gòu)成了隱藏。
b.func()不能調(diào)用成功，會(huì)發(fā)生變異報(bào)錯(cuò)，因?yàn)殡[藏了調(diào)不動(dòng)。

4.派生類的默認(rèn)成員函數(shù)

對(duì)于六大默認(rèn)成員函數(shù)我們這里暫時(shí)先討論4種重要的，即:構(gòu)造函數(shù)，析構(gòu)函數(shù)，拷貝構(gòu)造，賦值運(yùn)算符重載。

(1)默認(rèn)生成的成員函數(shù)

當(dāng)我們不在子類中書(shū)寫(xiě)時(shí)，編譯器會(huì)默認(rèn)生成。這里只需要記住一句話：

繼承下來(lái)的成員調(diào)用父類的來(lái)處理，自己的按基本規(guī)則來(lái)處理。

以構(gòu)造函數(shù)舉例：派生類中的父類成員調(diào)用父類中的構(gòu)造函數(shù)，自己的成員按照構(gòu)造函數(shù)自動(dòng)生成的規(guī)則來(lái)。

(2)自己寫(xiě)

自己寫(xiě)的情況

1.父類沒(méi)有默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)，需要我們自己寫(xiě)構(gòu)造函數(shù)。

2.子類有資源需要釋放，需要我們自己寫(xiě)析構(gòu)函數(shù)。

3.如果子類涉及淺拷貝問(wèn)題，需要自己寫(xiě)拷貝構(gòu)造和賦值重載。

構(gòu)造函數(shù)

父類成員調(diào)用對(duì)應(yīng)的父類構(gòu)造函數(shù)處理。子類成員按普通類處理。

舉一個(gè)例子：

class Person
{
public:
	Person(string name , int num=2)
		:_name(name)
		,_num(num)
	{}
protected:
	string _name ;
	int _num ;
};
class Student :public Person
{
public:
	Student(int num,string _name,int _num)
		:_num(num)
		,Person(_name,_num)
	{}
protected:
	int _num;
};
int main()
{
	Student s1(2,"zhangsan",2);
}

看這一段代碼，父類中沒(méi)有默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)（注意與默認(rèn)成員函數(shù)區(qū)分），因此要初始化父類中的對(duì)象需要我們自己書(shū)寫(xiě)子類中的構(gòu)造函數(shù)。在書(shū)寫(xiě)構(gòu)造函數(shù)時(shí)，父類對(duì)象成員初始化使用父類中的構(gòu)造函數(shù)，子類成員的初始化按正常方式書(shū)寫(xiě)即可。

拷貝構(gòu)造和運(yùn)算符重載函數(shù)

	Student(const Student& s)
		:Person(s)
		,_num(s._num)
	{}
	Student& operator=(const Student& s)
	{
		if (this != &s)
		{
			Person::operator=(s);//不指明類域的話會(huì)發(fā)生自己調(diào)自己的情況
			_num = s._num;
			return *this;
		}
	}
	int main()
{
	Student s1(2,"zhangsan",2);
	Student s2(s1);
	Student s3 = s2;
}

我們可以通過(guò)調(diào)試來(lái)查看結(jié)果：

析構(gòu)函數(shù)

析構(gòu)函數(shù)比較特殊，對(duì)于父類中的析構(gòu)函數(shù)，我們不需要指定去書(shū)寫(xiě)，就像下面這種情況：

//父類中的析構(gòu)
	~Person()
	{
		cout << "~Person" << endl;
	}
//子類中的析構(gòu)
		~Student()
	{
		Person::~Person();
	}

注意，析構(gòu)函數(shù)的名字在最后會(huì)被統(tǒng)一處理成destructor()，如果不指定類域的話，父類析構(gòu)函數(shù)和子類析構(gòu)函數(shù)會(huì)構(gòu)成隱藏，因此需要指定類域。
對(duì)于上述int中的代碼，需要析構(gòu)三個(gè)子類對(duì)象，打印出的結(jié)果是：

我們發(fā)現(xiàn)調(diào)用了六次父類中的析構(gòu)函數(shù)。這說(shuō)明每個(gè)對(duì)象的父類成員都被析構(gòu)了兩次。如果需要釋放空間，則一定會(huì)報(bào)錯(cuò)。

先說(shuō)結(jié)論：我們自己實(shí)現(xiàn)子類構(gòu)造函數(shù)時(shí)，不需要顯示調(diào)用父類析構(gòu)函數(shù)，我們顯示調(diào)用一次，它還會(huì)自動(dòng)調(diào)用一次。

下面簡(jiǎn)單說(shuō)明一下，為什么程序需要自動(dòng)調(diào)用：

我們知道變量的定義是發(fā)生在棧中的，因此就存在構(gòu)造和析構(gòu)的順序問(wèn)題，棧滿足先入后出原則，因此先構(gòu)造的需要后析構(gòu)。

在構(gòu)造的過(guò)程中，我們會(huì)先初始化父類成員，再初始化子類成員。因此我們需要先析構(gòu)子類成員，再析構(gòu)父類成員。

如果先析構(gòu)父類會(huì)打亂棧的順序，因此編譯器會(huì)自動(dòng)調(diào)用父類的析構(gòu)函數(shù)。

5.友元與靜態(tài)成員

這個(gè)只需要記住兩點(diǎn)：

1.友元關(guān)系不能繼承。

2.靜態(tài)成員會(huì)被繼承下來(lái)，無(wú)論繼承多少，靜態(tài)成員只有一個(gè)。

6.多繼承

(1)概念

一個(gè)類有兩個(gè)及以上父類時(shí)稱這個(gè)繼承關(guān)系為多繼承。

class Student
{
public:
protected:
	int _id;
};
class Teacher
{
public:
protected:
	int _course;
};
class Assistant:public Student,public Teacher
{
public:
protected:
protected:
};

我們使用逗號(hào)表示分隔，即繼承多個(gè)父類。可以通過(guò)調(diào)試來(lái)觀察子類Assitant的內(nèi)容：

(2)復(fù)雜的菱形繼承

菱形繼承是多繼承的一種情況：

具有這樣的繼承關(guān)系的稱為菱形繼承。

菱形繼承出現(xiàn)的問(wèn)題：從對(duì)象成員模型構(gòu)造，可以看出菱形繼承有數(shù)據(jù)冗余和二義性的問(wèn)題。

數(shù)據(jù)冗余指的是類Assistant中會(huì)有兩份Person的成員，二義性指的是這兩份成員每一次調(diào)用不知道調(diào)用的的是哪一個(gè)，需要指定類域。

這段代碼表示的就是菱形繼承的關(guān)系：

class Person
{
public:
	string _name;
};
class Student:public Person
{
public:
protected:
	int _num;
};
class Teacher:public Person
{
public:
protected:
	int _id;
};
class Assistant:public Student,public Teacher
{
public:
protected:
protected:
	int _course;
};
int main()
{
	Assistant a;
}

我們通過(guò)調(diào)試可以觀測(cè)a中的內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)會(huì)存在兩份Person中的成員：

如果要對(duì)這兩個(gè)Person成員賦值時(shí)，需要指定類域。

	a.Student::_name = "xxx";
	a.Teacher::_name = "yyy";
}

這就是所謂的二義性，在實(shí)際中一個(gè)人不能有兩個(gè)名字，對(duì)于冗余性來(lái)說(shuō)，如果Person中有一個(gè)很大的數(shù)組浪費(fèi)的空間會(huì)很多。

(3)虛繼承解決菱形繼承問(wèn)題

虛繼承可以解決菱形繼承的二義性和數(shù)據(jù)冗余問(wèn)題。如上面的繼承關(guān)系，在Student和Teacher的繼承Person時(shí)使用的虛擬繼承，即可解決問(wèn)題。需要注意的是，虛擬繼承不要在其他地方去使用。

class Student:virtual public Person
{
public:
protected:
	int _num;
};
class Teacher:virtual public Person
{
public:
protected:
	int _id;
};

只需要在菱形的腰部?jī)蓚€(gè)父類加入virtual關(guān)鍵詞即可。

注意要在菱形的腰部。

當(dāng)加完之后，在Assistant的對(duì)象中，Person類的_name成員就只有一個(gè)了。無(wú)論是否指定類域，更改的變量都只有一個(gè)：

(4)虛繼承的原理

內(nèi)存演示

要研究虛繼承的原理，我們給出一個(gè)簡(jiǎn)化的菱形繼承結(jié)構(gòu)，再借助內(nèi)存窗口窗口觀察對(duì)象成員的模型。

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;
}

當(dāng)沒(méi)使用虛繼承（即沒(méi)有使用virtual時(shí)）

我們使用內(nèi)存窗口來(lái)觀察內(nèi)容：

通過(guò)觀察內(nèi)存中的布局，我們發(fā)現(xiàn)d中的B父類對(duì)象和C父類對(duì)象中的內(nèi)容分別是連續(xù)存放的，B中有父類A中成員_a的值是1，其自己成員_b的值是3，兩者的內(nèi)存是挨著的，C同理，對(duì)于D類中自己的成員_d，放在了內(nèi)存的最后。

確定d中B類對(duì)象和C類對(duì)象的存儲(chǔ)順序是根據(jù)繼承順序決定的。由于上述代碼是class D :public B, public C，因此B類的對(duì)象會(huì)存在C類的前面。
而當(dāng)我們給腰部加上virtual構(gòu)成虛繼承之后：

class B:virtual public A
{
public:
	int _b;
};
class C:virtual public A
{
public:
	int _c;
};

使用virtual之后，我們發(fā)現(xiàn)已經(jīng)將A中對(duì)象_a放入在了最后，因此無(wú)論指定不指定類域，改變的都是同一個(gè)_a的值。

但同時(shí)我們發(fā)現(xiàn)內(nèi)存中多了兩行，那么這兩行是干什么的呢？

虛基表

從格式來(lái)看，這兩行顯然是都是地址。

我們?cè)匍_(kāi)辟一個(gè)內(nèi)存2，向其中輸入上面地址，我們發(fā)現(xiàn)地址中存儲(chǔ)的內(nèi)容是00 00 00 00，C類對(duì)象中同理，這里就不演示了。

這里00 00 00 00的意義在后面多態(tài)中會(huì)學(xué)習(xí)到，注意看它的下一個(gè)位置存放的是00 00 00 14

這里是十六進(jìn)制，因此表示的是20這個(gè)數(shù)字。

再來(lái)看內(nèi)存1：

兩者的地址之差剛剛好是20個(gè)字節(jié)。

因此我們可以知道：在虛繼承中，B類對(duì)象和C類對(duì)象的內(nèi)存中新加入的是一個(gè)地址，分別用于尋找兩者與A類型變量的偏移量。B類對(duì)象與A類對(duì)象的偏移量是20，同理可驗(yàn)證C類對(duì)象的偏移量是12。而內(nèi)存2也有一個(gè)專有名詞：虛基表

總結(jié)：A一般叫做虛基類，在D里面，A類成員放在一個(gè)公共的位置，有時(shí)B要找A，C要找A，就要通過(guò)虛基表中的偏移量進(jìn)行計(jì)算。

比如，當(dāng)我們?cè)儆肂類和C類建立兩個(gè)變量：

	B b = d;
	C c = d;

此時(shí)會(huì)發(fā)生切片處理，需要將d中的A類對(duì)象賦值到b和c中，此時(shí)就需要使用到虛基表來(lái)尋找。

再比如：

	B* pb = &d;
	pb->_a = 10;

pb指向了d的首地址，要更改d中的_a的值，指針pb也需要使用虛基表來(lái)進(jìn)行尋找。

7.繼承與組合

(1)兩者區(qū)別

首先我們要對(duì)繼承和組合進(jìn)行區(qū)分：

繼承表示的是子類繼承父類，組合表示的是在一個(gè)類中定義了另一個(gè)類的成員變量。

//繼承
class A
{
public:
	int _a;
};
class B:public A
{
public:
	int _b;
};
//組合
class C
{
public:
	int _c;
};
class D 
{
public:
	int _d;
	C _obj;
};

(2)繼承與組合的區(qū)別

我們需要明確一點(diǎn)：類之間，模塊之間最好是低耦合，高內(nèi)聚的，因?yàn)榉奖憔S護(hù)。

低耦合：類之間依賴關(guān)系越弱越好。

高內(nèi)聚：內(nèi)部成員關(guān)系緊密。

1.繼承對(duì)應(yīng)于白盒：B可以直接使用A中的公有和保護(hù)成員，破壞了封裝性。

2.組合對(duì)應(yīng)于黑盒：D只能使用C的公有，不能直接使用保護(hù)成員。

舉一個(gè)例子：

如果A中有5個(gè)public，5個(gè)protected

對(duì)于組合來(lái)說(shuō)，非基類只能使用這5個(gè)public，基類中的其他成員隨便修改都不會(huì)影響該非基類。

對(duì)于繼承來(lái)說(shuō)，基類中一切的改變都會(huì)影響子類。

那可以拋棄繼承的語(yǔ)法嗎？當(dāng)然是不行的。

多態(tài)是建立在繼承的基礎(chǔ)上的。

(3)使用情況

1.如果B就是一個(gè)A，比如Student是一個(gè)Person，我們稱這種關(guān)系為is-a關(guān)系，此時(shí)適合使用繼承。

2.如果D被包含于C，比如head包含eyes，我們稱這種關(guān)系為has-a關(guān)系，此時(shí)適合使用組合。

3.當(dāng)遇到特殊情況，is-a和has-a都可以講通時(shí)，優(yōu)先使用組合。

8.總結(jié)

C++的語(yǔ)法復(fù)雜在于C++是第一個(gè)吃螃蟹的人，很多地方會(huì)考慮太多，拿多繼承舉例，有了多繼承就有了菱形繼承，有了菱形繼承，就有了菱形虛擬繼承，底層實(shí)現(xiàn)就更為復(fù)雜了，所以一般不建議設(shè)計(jì)多繼承，設(shè)計(jì)了多繼承也不建議設(shè)計(jì)菱形繼承。

到此這篇關(guān)于詳解C++中單繼承與多繼承的使用的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++單繼承 多繼承內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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