一文帶你掌握C++中的繼承
一、繼承的概念及定義
1.1繼承的概念
繼承機(jī)制是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)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(jìn)行擴(kuò)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(jì)的層次結(jié)構(gòu),體現(xiàn)了由簡單到復(fù)雜的認(rèn)知過程。以前我們接觸的復(fù)用都是函數(shù)復(fù)用,繼承是類設(shè)計(jì)層次的復(fù)用。
#include <iostream> using namespace std; class Person { public: void Print() { cout << "name:" << _name << endl; cout << "age:" << _age << endl; } protected: string _name = "peter"; // 姓名 int _age = 18; // 年齡 }; // 繼承后父類的Person的成員(成員函數(shù)+成員變量)都會(huì)變成子類的一部分。這里體現(xiàn)出了 //Student和Teacher復(fù)用了Person的成員。 class Student : public Person { protected: int _stuid; // 學(xué)號(hào) }; class Teacher : public Person { protected: int _jobid; // 工號(hào) }; int main() { Student s; Teacher t; s.Print(); t.Print(); return 0; }
1.2繼承的定義
1.2.1繼承的格式
Person是父類,也稱作基類。Student是子類,也稱作派生類。
1.2.2繼承基類成員訪問方式的變化
類成員/繼承方式 | public繼承(子類) | protected繼承(子類) | private繼承(子類) |
基類的public成員 | public | protected | private |
基類的protected成員 | protected | protected | private |
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 |
1.2.3總結(jié):
1. 基類private成員在派生類中無論以什么方式繼承都是不可見的。這里的不可見是指基類的私有成員還是被繼承到了派生類對(duì)象中,但是語法上限制派生類對(duì)象不管在類里面還是類外面都不能去訪問它。
2. 基類private成員在派生類中是不能被訪問,如果基類成員不想在類外直接被訪問,但需要在派生類中能訪問,就定義為protected。可以看出保護(hù)成員限定符是因繼承才出現(xiàn)的。
3. 實(shí)際上面的表格我們進(jìn)行一下總結(jié)會(huì)發(fā)現(xiàn),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訪問方式 == Min(成員在基類的訪問限定符,繼承方式),public > protected
> private。
4. 使用關(guān)鍵字class時(shí)默認(rèn)的繼承方式是private,使用struct時(shí)默認(rèn)的繼承方式是public,不過
最好顯示的寫出繼承方式。
5. 在實(shí)際運(yùn)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?yàn)閜rotetced/private繼承下來的成員都只能在派生類的類里
面使用,實(shí)際中擴(kuò)展維護(hù)性
二、基類和派生類對(duì)象賦值轉(zhuǎn)換
1.派生類對(duì)象 可以賦值給 基類的對(duì)象 / 基類的指針 / 基類的引用。這里有個(gè)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賦值過去。
2.基類對(duì)象不能賦值給派生類對(duì)象。
3.基類的指針或者引用可以通過強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換賦值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(duì)象時(shí)才是安全的。
#include <iostream> using namespace std; class Person { protected: string _name; // 姓名 string _sex; // 性別 int _age; // 年齡 }; class Student : public Person { public: int _No; // 學(xué)號(hào) }; void Test() { Student sobj; // 1.子類對(duì)象可以賦值給父類對(duì)象/指針/引用 Person pobj = sobj; Person* pp = &sobj; Person& rp = sobj; //2.基類對(duì)象不能賦值給派生類對(duì)象 //sobj = pobj; // 3.基類的指針可以通過強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換賦值給派生類的指針 pp = &sobj; Student * ps1 = (Student*)pp; // 這種情況轉(zhuǎn)換時(shí)可以的。 ps1->_No = 10; pp = &pobj; Student* ps2 = (Student*)pp; // 這種情況轉(zhuǎn)換時(shí)雖然可以,但是會(huì)存在越界訪問的問題 ps2->_No = 10; }
三、繼承中的作用域
1. 在繼承體系中基類和派生類都有獨(dú)立的作用域。
2. 子類和父類中有同名成員,子類成員將屏蔽父類對(duì)同名成員的直接訪問,這種情況叫隱藏,也叫重定義。(在子類成員函數(shù)中,可以使用 基類::基類成員 顯示訪問)
3. 需要注意的是如果是成員函數(shù)的隱藏,只需要函數(shù)名相同就構(gòu)成隱藏。
4. 注意在實(shí)際中在繼承體系里面最好不要定義同名的成員。
// Student的_num和Person的_num構(gòu)成隱藏關(guān)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; // 身份證號(hào) }; 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; // 學(xué)號(hào) }; void Test1() { Student s1; s1.Print(); }; // B中的fun和A中的fun不是構(gòu)成重載,因?yàn)椴皇窃谕蛔饔糜? // B中的fun和A中的fun構(gòu)成隱藏,成員函數(shù)滿足函數(shù)名相同就構(gòu)成隱藏。 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 Test2() { B b; b.fun(10); }; int main() { Test1(); Test2(); return 0; }
四. 派生類的默認(rèn)成員函數(shù)
6個(gè)默認(rèn)成員函數(shù),“默認(rèn)”的意思就是指我們不寫,編譯器會(huì)變我們自動(dòng)生成一個(gè)。
下面是這幾個(gè)成員函數(shù)應(yīng)該注意的幾個(gè)點(diǎn):
1. 派生類的構(gòu)造函數(shù)必須調(diào)用基類的構(gòu)造函數(shù)初始化基類的那一部分成員。如果基類沒有默認(rèn)的構(gòu)造函數(shù),則必須在派生類構(gòu)造函數(shù)的初始化列表階段顯示調(diào)用。
2. 派生類的拷貝構(gòu)造函數(shù)必須調(diào)用基類的拷貝構(gòu)造完成基類的拷貝初始化。
3. 派生類的operator=必須要調(diào)用基類的operator=完成基類的復(fù)制。
4. 派生類的析構(gòu)函數(shù)會(huì)在被調(diào)用完成后自動(dòng)調(diào)用基類的析構(gòu)函數(shù)清理基類成員。因?yàn)檫@樣才能保證派生類對(duì)象先清理派生類成員再清理基類成員的順序。
5. 派生類對(duì)象初始化先調(diào)用基類構(gòu)造再調(diào)派生類構(gòu)造。
6. 派生類對(duì)象析構(gòu)清理先調(diào)用派生類析構(gòu)再調(diào)基類的析構(gòu)。
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; } //派生類的拷貝構(gòu)造函數(shù)必須調(diào)用基類的拷貝構(gòu)造完成基類的拷貝初始化 Student(const Student& s): Person(s), _num(s._num) { cout << "Student(const Student& s)" << endl; } //派生類的operator=必須要調(diào)用基類的operator=完成基類的復(fù)制 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(xué)號(hào) }; void Test() { Student s1("jack", 18); Student s2(s1); Student s3("rose", 17); s1 = s3; } int main() { Test(); return 0; }
五、繼承與友元
注:友元關(guān)系不能繼承,也就是說基類友元不能訪問子類私有和保護(hù)成員
六、繼承與靜態(tài)成員
基類定義了static靜態(tài)成員,則整個(gè)繼承體系里面只有一個(gè)這樣的成員。無論派生出多少個(gè)子
類,都只有一個(gè)static成員。
class Person { public: Person() { ++_count; } protected: string _name; // 姓名 public: static int _count; // 統(tǒng)計(jì)人的個(gè)數(shù)。 }; int Person::_count = 0; class Student : public Person { protected: int _stuNum; // 學(xué)號(hào) }; class Graduate : public Student { protected: string _seminarCourse; // 研究科目 }; void TestPerson() { Student s1; Student s2; Student s3; Graduate s4; cout << " 人數(shù) :" << Person::_count << endl; Student::_count = 0; cout << " 人數(shù) :" << Person::_count << endl; } int main() { TestPerson(); return 0; }
七、菱形繼承及菱形虛擬繼承
7.1菱形繼承的問題
從上面的對(duì)象成員模型構(gòu)造可以看出,Student和Teacher都是從Person繼承而來,假若Person中有成員變量age,那么Student和Teacher中就都會(huì)有age,那么在Assistant的對(duì)象中Person成員會(huì)有兩份??梢娏庑卫^承有數(shù)據(jù)冗余和二義性的問題。
7.2解決方法
虛擬繼承可以解決菱形繼承的二義性和數(shù)據(jù)冗余的問題。如上面的繼承關(guān)系,在Student和
Teacher的繼承Person時(shí)使用虛擬繼承,即可解決問題。需要注意的是,虛擬繼承不要在其他地
方去使用。
class Person { public: string _name; // 姓名 }; class Student : virtual public Person { protected: int _num; //學(xué)號(hào) }; class Teacher : virtual public Person { protected: int _id; // 職工編號(hào) }; class Assistant : public Student, public Teacher { protected: string _majorCourse; // 主修課程 }; void Test() { Assistant a; a._name = "peter"; } int main() { Test(); return 0; }
7.3虛擬繼承解決數(shù)據(jù)冗余和二義性的原理
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; }
下圖是菱形繼承的內(nèi)存對(duì)象成員模型:這里可以看到數(shù)據(jù)冗余
下圖是菱形虛擬繼承的內(nèi)存對(duì)象成員模型:這里可以分析出D對(duì)象中將A放到的了對(duì)象組成的最下
面,這個(gè)A同時(shí)屬于B和C。這里是通過了B和C的兩個(gè)指針,指向的一張表。這兩個(gè)指針叫虛基表指針,這兩個(gè)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。
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