C++?超詳細梳理繼承的概念與使用
繼承的概念及定義
繼承的概念
繼承機制是面向?qū)ο蟪绦蛟O計使代碼可以復用的最重要的手段，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計的層次結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)了由簡單到復雜的認知過程。以前我們接觸的復用都是函數(shù)復用，繼承使類設計層次的復用。
class Person
{
public:
void Print()
{
cout << "name:" << _name << endl;
cout << "age:" << _age << endl;
}
protected:
string _name = "peter";
int _age = 18;
};
class Student : public Person
{
protected:
int _stuid;
};
int main()
{
Student s;
s.Print();
return 0;
}
以上代碼中，繼承后父類Person的成員(成員函數(shù)+成員變量)都會變成子類的一部分。Student復用了Person的成員。
繼承定義
定義格式
繼承關系和訪問限定符
繼承基類成員訪問方式的變化
| 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protectde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(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會被繼承到派生類對象中，但是語法上限制派生類對象不管在類里面還是在類外面都不能去訪問它。
2.基類private成員在派生類中不能被訪問，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.基類的私有成員在子類都是不可見?；惖钠渌蓡T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，不過最好顯示寫出繼承方式。
5.在實際運用中一般都是用public繼承，幾乎很少使用protected/private繼承。protected/private繼承下來的成員都只能在派生類的類里面使用，實際中擴展維護性不強。
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，也稱為切片或切割。
2.基類對象不能賦值給派生類對象。
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。但是必須是基類的指針是指向派生類對象時才是安全的。這里基類如果是多態(tài)類型，可以使用RTT的dynamic cast來進行識別后進行安全轉(zhuǎn)換。
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <iostream>
using namespace std;
class Person
{
public:
void Print()
{
cout << "name:" << _name << endl;
cout << "age:" << _age << endl;
}
protected:
string _name;
string _sex;
int _age;
};
class Student : public Person
{
public:
int _No;
};
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; ×報錯
//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;
ps1->_No = 10;
pp = &pobj;
Student* ps2 = (Student*)pp;//雖然可以，但是會存在越界訪問的問題
ps2->_No = 10;
}
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時，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 顯示地訪問）
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.在實際中繼承體系里面組好不要定義同名的成員
以下代碼中，Student的_num和Person的_num構(gòu)成隱藏關系，這樣代碼雖然能跑，但非常容易混淆。
Student中的fun和A中的fun不構(gòu)成函數(shù)重載，因為不在同一作用域。它們構(gòu)成隱藏，成員函數(shù)滿足函數(shù)名相同時就構(gòu)成隱藏。
class Person
{
public:
void fun()
{
cout << "func()" << endl;
}
protected:
string _name;
int _num;
};
class Student : public Person
{
public:
void fun(int i)
{
cout << "func(int i)->" << i << endl;
}
void Print()
{
cout << "num:" << _num << endl;
}
protected:
int _num = 10;
};
void Test()
{
Student s1;
s1.Print();
s1.fun(1);
}
派生類的默認成員函數(shù)
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)造完成基類的拷貝構(gòu)造初始化。
3.派生類的operator=必須要調(diào)用基類的operator=完成基類的賦值。
4.派生類的析構(gòu)函數(shù)會在被調(diào)用完成后自動調(diào)用析構(gòu)函數(shù)清理基類成員函數(shù)。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)用派生類構(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)用基類析構(gòu)。
class Person
{
public:
Person(const char* name = "perter")
:_name(name)
{
cout << "Person()" << endl;
}
Person(const Person& p)
{
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;
};
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;
};
void Test()
{
Student s1("jack", 18);
Student s2(s1);
Student s3("rose", 17);
s1 = s3;
}
繼承與友元
友元關系不能繼承，也就是說基類友元不能訪問子類私有和保護成員。
class Student;
class Person
{
public:
friend void Display(const Person& p, const Student& s);
protected:
string _name;
};
class Student : public Person
{
protected:
int _stuNum;
};
void Display(const Person& p, const Student& s)
{
cout << p._name << endl;
// cout << s._stuNum << endl; 報錯
}
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成員實例。
class Person
{
public:
Person()
{
++_count;
}
protected:
string _name;
public:
static int _count;
};
int Person::_count = 0;
class Student : public Person
{
protected:
int _stuNum;
};
class Graduate : public Student
{
protected:
string _course;
};
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;
}
復雜的菱形繼承及菱形虛擬繼承
菱形繼承
單繼承：一個子類只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：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(gòu)造，可以看出菱形繼承有數(shù)據(jù)冗余和二義性的問題。在Assistant的對象中Person成員會有兩份。
class Person
{
public:
string _name;
};
class Student :public Person
{
protected:
int _num;
};
class Teacher :public Person
{
protected:
int _id;
};
class Assistant :public Student, public Teacher
{
protected:
string _mahorCourse;
};
void Test()
{
//有二義性，無法明確知道訪問的是哪一個
Assistant a;
//a._name = "Peter";
//需要顯示指定訪問哪個父類的成員可以解決二義性問題，但是數(shù)據(jù)冗余問題無法解決
a.Student::_name = "xxx";
a.Teacher::_name = "yyy";
}
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使用。（在菱形腰部使用）
class Student :virtual public Person class Teacher :virtual public Person
虛擬繼承解決數(shù)據(jù)冗余和二義性的原理
為了研究虛擬繼承原理，給出一個簡化的菱形繼承體系，再借助內(nèi)存窗口觀察對象成員的模型。
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;
}
下面是菱形繼承的內(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：可以看到D對象中將A放到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。這兩個指針叫做虛基表指針，這兩個表叫做虛基表。虛基表中存的偏移量。通過偏移量可以找到下面的A
訪問繼承的虛基類對象成員_a，都是取偏移量計算_a的位置。B的對象、指針、引用、訪問_a，都要取偏移量計算_a的位置?？梢钥吹教摾^承后，能解決菱形繼承。但是同時，對象模型更復雜了；其次訪問虛基類成員也要付出一定效率代價。
繼承的總結(jié)和反思
有了多繼承，就存在菱形繼承，有了菱形繼承，就有菱形虛擬繼承，底層實現(xiàn)就很復雜。所以一定不要設計出菱形繼承，否則在復雜度及性能上都有問題。多繼承可以認為是C++的缺陷之一，很多后來的OO語言都沒有多繼承，如Java。
繼承和組合
1.public繼承是一種is-a的關系，也就是每個派生類對象都是一個基類對象。class B : public A {}
2.組合是一種has-a的關系。假設B組合了A，每個B對象中都有一個A對象。 class B {A _a;}優(yōu)先使用對象組合，而不是類繼承。繼承允許你根據(jù)基類的實現(xiàn)來定義派生類的實現(xiàn)。這種通過生成派生類的復用通常被稱為白箱復用(white-box reuse)。
3.術(shù)語“白箱”是相對可視性而言：在繼承方式中，基類的內(nèi)部細節(jié)對子類可見。繼承一定程度破壞了基類的封裝，基類的改變，對派生類有很大的影響。派生類和基類間的依賴關系很強，耦合度高。
4.對象組合是類繼承之外的另一種復用選擇。新的更復雜的功能可以通過組裝或組合對象來獲得。對象組合要求被組合的對象具有良好定義的接口。這種復用風格被稱為黑箱復用(black-box reuse)，因為對象的內(nèi)部細節(jié)是不可見的。對象只以“黑箱”的形式出現(xiàn)。組合類之間沒有很強的依賴關系，耦合度低。優(yōu)先使用對象組合有助于保持每個類被封裝。
5.實際盡量多用組合。組合的耦合度低，代碼維護性好。不過繼承也有用武之地，有些關系適合繼承就用繼承；另外要實現(xiàn)多態(tài)，也必須要繼承。類之間的關系可以用繼承，也可以用組合時，就用組合。
到此這篇關于C++ 超詳細梳理繼承的概念與使用的文章就介紹到這了,更多相關C++ 繼承內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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