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。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; // 學號 }; class Teacher : public Person { protected: int _jobid; // 工號 }; 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象中,但是語法上限制派生類對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??梢钥闯霰Wo成員限定符是因繼承才出現(xiàn)的。
3. 實際上面的表格我們進行一下總結(jié)會發(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時默認的繼承方式是private,使用struct時默認的繼承方式是public,不過
最好顯示的寫出繼承方式。
5. 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繼承下來的成員都只能在派生類的類里
面使用,實際中擴展維護性
二、基類和派生類對象賦值轉(zhuǎn)換
1.派生類對象 可以賦值給 基類的對象 / 基類的指針 / 基類的引用。這里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賦值過去。
2.基類對象不能賦值給派生類對象。
3.基類的指針或者引用可以通過強制類型轉(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象時才是安全的。
#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; // 學號 }; void Test() { Student sobj; // 1.子類對象可以賦值給父類對象/指針/引用 Person pobj = sobj; Person* pp = &sobj; Person& rp = sobj; //2.基類對象不能賦值給派生類對象 //sobj = pobj; // 3.基類的指針可以通過強制類型轉(zhuǎn)換賦值給派生類的指針 pp = &sobj; Student * ps1 = (Student*)pp; // 這種情況轉(zhuǎn)換時可以的。 ps1->_No = 10; pp = &pobj; Student* ps2 = (Student*)pp; // 這種情況轉(zhuǎn)換時雖然可以,但是會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 }; class Student : public Person { public: void Print() { cout << " 姓名:" << _name << endl; cout << " 身份證號:" << Person::_num << endl; cout << " 學號:" << _num << endl; } protected: int _num = 999; // 學號 }; void Test1() { Student s1; s1.Print(); }; // B中的fun和A中的fun不是構(gòu)成重載,因為不是在同一作用域 // 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. 派生類的默認成員函數(shù)
6個默認成員函數(shù),“默認”的意思就是指我們不寫,編譯器會變我們自動生成一個。
下面是這幾個成員函數(shù)應(yīng)該注意的幾個點:
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)會在被調(diào)用完成后自動調(diào)用基類的析構(gòu)函數(shù)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。
5. 派生類對象初始化先調(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; //學號 }; 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,則整個繼承體系里面只有一個這樣的成員。無論派生出多少個子
類,都只有一個static成員。
class Person { public: Person() { ++_count; } protected: string _name; // 姓名 public: static int _count; // 統(tǒng)計人的個數(shù)。 }; int Person::_count = 0; class Student : public Person { protected: int _stuNum; // 學號 }; 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中就都會有age,那么在Assistant的對象中Person成員會有兩份??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; //學號 }; class Teacher : virtual public Person { protected: int _id; // 職工編號 }; 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)存對象成員模型:這里可以分析出D對象中將A放到的了對象組成的最下
面,這個A同時屬于B和C。這里是通過了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。
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