C++繼承與菱形繼承詳細介紹

更新時間：2022年08月26日 16:48:29 作者：小小酥誒

繼承(inheritance)機制是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計使代碼可以復(fù)用的最重要的手段，它允許程序員在保持原有類特性的基礎(chǔ)上進行擴展，增加功能，這樣產(chǎn)生新的類，稱派生類。繼承呈現(xiàn)了面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的層次結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)了由簡單到復(fù)雜的認知過程

繼承的概念和定義

繼承機制是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的一種實現(xiàn)代碼復(fù)用的重要手段，它允許程序員在保持原有類特性的基礎(chǔ)上進行拓展，增加其他的功能，在此基礎(chǔ)上也就產(chǎn)生了一個新的類，稱為派生類。繼承呈現(xiàn)了面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的層次結(jié)構(gòu)，是類設(shè)計層次的復(fù)用。

//以下代碼就是采用了繼承機制的一個場景
class person
{
protected:
	char _name[28];
	int _age;
	char _id[30];
};
//繼承是代碼復(fù)用的一種重要手段
class student :public person
{
protected:
	char _academy[50]; //學(xué)院
};

繼承的格式

在前面的例子中，person是基類，student是派生類，繼承方式是public. 這是很容易記憶的，person是基礎(chǔ)的類，student是在person這個類的基礎(chǔ)之上派生出來的。這就非常地像父子關(guān)系，所以基類又可以稱為父類，派生類又可為子類。子類的后面緊跟著:，是:后面這個類派生出來的。

繼承關(guān)系和訪問限定符

繼承的幾種方式和訪問限定符是相似的。

三種繼承方式：public繼承、protected繼承、private繼承。

三種訪問限定符：public訪問、protected訪問、private訪問。

基類類成員的訪問權(quán)限和派生類繼承基類的繼承方式，關(guān)系到了基類被繼承下來的類成員在派生類中的情況。ps:這句話起始很好理解地，就是這句話寫起來就變得繞口和復(fù)雜了，哈哈哈??.

基類成員/繼承方式	public繼承	protected繼承	private繼承
public成員	在派生類中為public成員	在派生類中為protected成員	在派生類中為private成員
protected成員	在派生類中為protected成員	在派生類中為protected成員	在派生類中為private成員
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

這里的不可見指的是：基類中的private成員也是被繼承下來了的，只是在語法上，在派生類的類里和類外都不能夠訪問。

記住這個特殊的點，那么其他的就可理解為“權(quán)限問題”，這里“權(quán)限只能縮小,不能放大”。例如，基類的public成員以private繼承方式繼承下來，為“權(quán)限小的那個”，也就是繼承下來后在派生類中是private成員。

class person
{
protected:
	char _name[28];
	char _id[30];
private:
	int _age;
};
class teacher :public person
{
public:
	teacher()
		:_age(0) //基類的private成員在派生類里不能訪問
	{
	}
protected:
	char _jodid[20]; //工號
};
int main(void)
{
	teacher t1;
	t1._age; //基類的private成員在類外不能訪問
	return 0;
}

基類和派生類之間的賦值

派生類的對象可以賦值給其基類的對象、基類的指針、基類的引用。

就像上面這樣，取基類需要被賦值的值過去即可。

派生類賦值給基類的對象、基類的指針、基類的引用。在派生類中取基類需要的，就像把派生類給切割了一樣、所以這里有一個形象的稱呼：切割/切片

class Person
{
protected:
	string _name; // 姓名
	string _sex; // 性別
	int _age; // 年齡
};
class Student : public Person
{
public:
	int _id; // 學(xué)號
};
int main(void)
{
	//可以將派生類賦值給基類的對象、指針、引用
	Person p;
	Student s;
	p = s;
	Person* Pptr = &s;
	Person& Refp = s;
	//注意不能將將基類對象給派生類對象
	//s = p;
	//允許將基類指針賦值給派生類指針，但是需要強制轉(zhuǎn)換
	Student* sPtr = (Student*)Pptr;
	return 0;
}

【注意】

1、不允許基類對象賦值給派生類對象

2、允許基類指針賦值給派生類指針, 但是需要強制轉(zhuǎn)化。這種轉(zhuǎn)化雖然可以，但是會存在越界訪問的問題。

繼承中的作用域

基類和派生類都有獨立的作用域。繼承下來的基類成員在一個作用域，派生類的成員在另一作用域。

//以下代碼的運行結(jié)果是什么？
class Person
{
protected:
	string _name = "楊XX"; // 姓名
	int _num = 12138; // 身份證號
};
class Student : public Person
{
public:
	void Print()
	{
		cout <<_num << endl;
	}
protected:
	int _num = 52622; // 學(xué)號
};
void Test()
{
	Student s1;
	s1.Print();
};

基類中有一個_num 給了缺省值“12138”，派生類中也有一個_name，給了缺省值“52622”，那么在派生類里直接使用_name，使用的具體是哪一個類里的？

使用的是派生類Student里的。

總結(jié)：基類和派生類中如果有同名成員，派生類將屏蔽基類對同名成員的直接訪問，這種情況稱為隱藏，或者稱為重定義。

如果想要訪問，則使用基類::基類成員顯示的訪問。

class Person
{
protected:
	string _name = "楊XX"; // 姓名
	int _num = 12138; // 身份證號
};
class Student : public Person
{
public:
	void Print()
	{
		cout << "身份證號:" << Person::_num << endl;
		cout << "學(xué)號:" << _num << endl;
	}
protected:
	int _num = 52622; // 學(xué)號
};
void Test()
{
	Student s1;
	s1.Print();
};
int main(void)
{
	Test();
	return 0;
}

運行結(jié)果

我們已經(jīng)了解了什么是隱藏。那么來看一下下面這些代碼。

//以下的兩個函數(shù)構(gòu)成隱藏還是重載？
class A
{
public:
	void func()
	{
		cout << "func()" << endl;
	}
};
class B : public A
{
public:
	void func(int num)
	{
		cout << "func(int num)" << endl;
	}
};
void Test()
{
	B b;
	b.func(10);
}

函數(shù)重載要求在同一作用域，而被繼承下來的基類成員和派生類成員在不同的作用域，所以構(gòu)成的是隱藏。

```cpp
//以下代碼的運行結(jié)果是什么？
class A
{
public:
	void func()
	{
		cout << "func()" << endl;
	}
};
class B : public A
{
public:
	void func(int num)
	{
		cout << "func(int num)" << endl;
	}
};
void Test()
{
	B b;
	b.func();
}

因為func（）函數(shù)隱藏了，在派生類的作用域內(nèi)沒有func()函數(shù)，所以會出現(xiàn)編譯報錯。

派生類的默認成員函數(shù)

類有8個默認成員函數(shù)，這里只說重點的四個默認成員函數(shù)：構(gòu)造函數(shù)、析構(gòu)函數(shù)、拷貝構(gòu)造函數(shù)、賦值重載函數(shù)

如果我們不寫派生類的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)，編譯器會做如下的事情：

1、基類被繼承下來的部分會調(diào)用基類的默認構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)

2、派生類自己也會生成默認構(gòu)造和析構(gòu)函數(shù)，派生類自己的和普通類的處理一樣

如果我們不寫派生類的賦值構(gòu)造函數(shù)和拷貝構(gòu)造函數(shù)，編譯器會做如下的事情

3、基類被繼承下來的部分會調(diào)用基類的默認拷貝構(gòu)造函數(shù)和賦值構(gòu)造函數(shù)。

4、派生類自己也會生成默認賦值拷貝構(gòu)造函數(shù)和賦值函數(shù)，和普通類的處理一樣。

什么情況下需要自己寫？

1、父類沒有合適的默認構(gòu)造函數(shù)，需要自己顯示地寫

2、如果子類有資源需要釋放，就需要自己顯示地寫析構(gòu)函數(shù)

3、如果子類存在淺拷貝的問題，就需要自己實現(xiàn)拷貝構(gòu)造和賦值函數(shù)解決淺拷貝的問題。

如果需要自己寫派生類的這幾個重點成員函數(shù)，那么該如何寫？

//如果需要自己實現(xiàn)派生類的幾個四個重點默認成員函數(shù)，需要如何實現(xiàn)？該注意什么？
class Person
{
public:
	Person(const char* name)
		:_name(name)
	{
		cout << "Person(const char* name)" << endl; //方便查看它什么被調(diào)用了
	}
	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;
		//首先排除自己給自己賦值
		if (this != &p)
		{
			_name = p._name;
		}
		return *this;
	}
	~Person()
	{
		cout << "~Person()" << endl; 
	}
protected:
	string _name; //姓名
};
class Student : public Person
{
protected:
	int _id; //學(xué)號
	int* _ptr = new int[10]; //給一個需要自己實現(xiàn)默認成員函數(shù)場景用以舉例
};

1、實現(xiàn)派生類的構(gòu)造函數(shù)：需要調(diào)用基類的構(gòu)造函數(shù)初始化被繼承下來的基類部分的成員。如果基類沒有合適的默認構(gòu)造函數(shù)，就需要在實現(xiàn)派生類構(gòu)造函數(shù)的初始化列表階段顯示調(diào)用。

2、實現(xiàn)派生類的析構(gòu)函數(shù)：派生類的析構(gòu)函數(shù)會在被調(diào)用完成后自動調(diào)用基類的析構(gòu)函數(shù)清理被繼承下來的基類成員。這樣可以保證派生類自己的成員的清理先于被繼承下來的基類成員。ps:析構(gòu)函數(shù)名字會被統(tǒng)一處理成destructor()，所以被繼承下來的基類的析構(gòu)函數(shù)和派生類的析構(gòu)函數(shù)構(gòu)成隱藏。

3、實現(xiàn)派生類的拷貝構(gòu)造函數(shù)：需要調(diào)用基類的拷貝構(gòu)造函數(shù)完成被繼承下來的基類成員的拷貝初始化。

4、實現(xiàn)派生類的operator=：需要調(diào)用基類的operator=完成被繼承下來的基類成員的賦值。

5、派生類對象初始化先調(diào)用基類構(gòu)造再調(diào)用派生類構(gòu)造。

class Student : public Person
{
public:
	Student(const char* name, int id)
		: Person(name)
		, _id(id)
	{
		cout << "Student()" << endl;
	}
	Student(const Student& s)
		: Person(s)
		, _id(s._id)
	{
		cout << "Student(const Student& s)" << endl;
	}
	Student& operator = (const Student& s)
	{
		cout << "Student& operator= (const Student& s)" << endl;
		if (this != &s)
		{
			Person::operator =(s);
			_id = s._id;
		}
		return *this;
	}
	~Student()
	{
		cout << "~Student()" << endl;
	}
protected:
	int _id; //學(xué)號
};

菱形繼承

繼承可分為單繼承和多繼承。

單繼承：一個派生類只有一個直接基類

多繼承：一個派生類有兩個或兩個以上的直接基類。

而多繼承中又存在著一種特殊的繼承關(guān)系，菱形繼承

它們之間的繼承關(guān)系邏輯上就類似一個菱形，所以稱為菱形繼承。菱形繼承相對于其他繼承關(guān)系是復(fù)雜的。

B中有一份A的成員，C中也有一份A的成員，D將B和C都繼承了，那么D中被繼承下來的A的成員不就有兩份了嗎？不難看出，菱形繼承有數(shù)據(jù)冗余和二義性的問題。

class Person
{
public:
	string _name; // 姓名
};
class Student : public Person
{
public:
	int _num; //學(xué)號
};
class Teacher : public Person
{
public:
	int _id; // 職工編號
};
class Assistant : public Student, public Teacher
{
public:
	string _majorCourse; // 主修課程
};
int main()
{
	// 二義性、數(shù)據(jù)冗余
	Assistant a;
	a._id = 1;
	a._num = 2;
	// 這樣會有二義性無法明確知道訪問的是哪一個
	a._name = "peter";
	return 0;
}

上面的繼承關(guān)系如下：

此時Assitant中有兩份_name.存在數(shù)據(jù)冗余和二義性的問題。

二義性的問題是比較好解決的，使用::指定就可以了，但是并不能解決數(shù)據(jù)冗余的問題。

int main()
{
	// 二義性、數(shù)據(jù)冗余
	Assistant a;
	a._id = 1;
	a._num = 2;
	a.Student::_name = "小張";
	a.Teacher::_name = "張老師";
	return 0;
}

虛擬繼承可以解決繼承的數(shù)據(jù)冗余和二義性的問題。如上面所畫的邏輯繼承關(guān)系。在開始可能產(chǎn)生數(shù)據(jù)冗余和二義性的地方使用虛擬繼承，即可解決，但是在其他地方不要去使用虛擬繼承。

虛擬繼承格式

虛擬繼承解決數(shù)據(jù)冗余和二義性的原理

為了更好地研究，在這里給出一個比較簡單的菱形繼承體系

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;
}

B和C中都有一份A的數(shù)據(jù)可以看出數(shù)據(jù)的冗余。

現(xiàn)在增加虛擬繼承機制，解決數(shù)據(jù)冗余和二義性。

class A {
public:
	int _a;
};
class B : virtual public A {
public:
	int _b;
};
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;
}

再次調(diào)式調(diào)用內(nèi)存窗口，會發(fā)現(xiàn)

和沒有采用虛擬繼承的內(nèi)存窗口有較大的變化。

B中的地址0x00677bdc里有什么？C中的地址0x00677be4里有什么？

從內(nèi)存窗口可看出，菱形虛擬繼承，內(nèi)存中只在對象組成的最高處地址保存了一份A，A是B、C公共的。而B和C里分別保存了一個指針，該指針指向一張表。這張表稱為虛基表，而指向虛基表的指針稱虛基指針。虛基表中保存的值，是到A地址的偏移量，通過這個偏移量就能夠找到A了。

繼承和組合的區(qū)分與聯(lián)系

在沒有學(xué)習(xí)繼承之前，我們其實頻繁地使用組合。

class head
{
private:
	int _eye;
	int _ear;
	int _mouth;
};
class hand
{
private:
	int _arm;
	int _fingers;
};
class Person
{
	//組合
	//一個人由手、頭等組合
	hand _a;
	head _b;
};