C++ 继承机制详解：概念、访问控制与转换

2. 继承的定义

Person 称为基类（父类），Student 称为派生类（子类）。翻译习惯上两者通用。

2.1 定义格式

class DerivedClass : access_mode BaseClass {
    // ...
};

2.2 继承方式与成员访问权限

这里需要特别注意几点：

1. 私有成员的可见性：基类的 private 成员无论以何种方式继承，在派生类中都是不可见的。注意，不可见是指语法限制，对象内存中其实包含了这部分数据，只是无法直接访问。
2. 保护成员的作用：如果基类成员不想在类外被直接访问，但需要在派生类中使用，应定义为 protected。这是因继承而引入的限定符。
3. 访问规则总结：基类的其他成员在派生类的访问权限等于 min(基类访问限定符，继承方式)。顺序为 public > protected > private。
4. 默认继承方式：使用关键字 class 时默认为 private 继承，使用 struct 时默认为 public 继承。实际开发中建议显式写出继承方式。
5. 最佳实践：实际运用中一般使用 public 继承。protected/private 继承下来的成员只能在派生类内部使用，扩展性和维护性较差，不提倡滥用。

3. 模板继承示例

标准库中的 stack 容器适配器就是基于 vector 实现的典型例子，既符合 is-a 关系，也体现了 has-a 的组合思想。

namespace jiang {
template<class T>
class stack : public std::vector<T> {
public:
    void push(const T& x) {
        // 基类是类模板时，需要指定作用域，否则编译报错
        // error C3861: 'push_back': 找不到标识符
        // 因为 stack<int> 实例化时，vector<int> 也被实例化了
        // 但模版按需实例化，push_back 等成员函数可能未实例化
        vector<T>::push_back(x);
    }
    void pop() {
        vector<T>::pop_back();
    }
    const T& top() {
        return vector<T>::back();
    }
    bool empty() {
        return vector<T>::empty();
    }
};
}

int main() {
    jiang::stack<int> st;
    st.push(1);
    st.push(2);
    st.push(3);
    while (!st.empty()) {
        cout << st.top() << " ";
        st.pop();
    }
    return 0;
}

4. 基类和派生类之间的转换

在涉及多态或接口设计时，理解类型转换至关重要。

1. 向上转换（Upcasting）：public 继承的派生类对象可以赋值给基类的指针或引用。这被称为'切片'或切割，寓意把派生类中基类那部分切出来，基类指针指向的是派生类对象中属于基类的那部分数据。
2. 向下转换（Downcasting）：基类对象不能直接赋值给派生类对象。基类指针或引用可以通过强制类型转换赋值给派生类指针或引用，但必须确保基类指针确实指向了派生类对象，否则不安全。
3. 安全转换：如果基类是多态类型（含有虚函数），可以使用 RTTI（Run-Time Type Information）的 dynamic_cast 进行识别后再转换。

int main() {
    jiang::stack<int> st;
    st.push(1);
    st.push(2);
    st.push(3);
    while (!st.empty()) {
        cout << st.top() << " ";
        st.pop();
    }
    return 0;
}

class Person {
protected:
    string _name;
    string _sex;
    int _age;
};

class Student : public Person {
public:
    int _No;
};

int main() {
    Student sobj;
    // 1. 派生类对象可以赋值给基类的指针/引用
    Person* pp = &sobj;
    Person& rp = sobj;
    // 派生类对象赋值给基类对象是通过调用基类的拷贝构造完成的
    Person pobj = sobj;

    // 2. 基类对象不能赋值给派生类对象，这会编译报错
    // sobj = pobj; 
    return 0;
}

在实际开发中，尽量利用向上转换带来的多态特性，谨慎处理向下转换，必要时配合 dynamic_cast 确保类型安全。