【C++】继承
目录
一. 概念
继承是类设计层次的复用
语法：Person是父类，也称作基类。Student是子类，也称作派生类
继承关系和访问限定符：
继承以后，保护和私有不一样了
- 不可见：基类的私有成员还是被继承到了派生类对象中，但是语法上限制派生类对象不管在类里面还是类外面，都不能去访问它。基类的私有成员在基类中还是能用，在基类外不能用
- 如果基类成员不想在类外直接被访问，但需要在 派生类中能访问，就把基类成员定义为protected
- 基类的私有成员在子类都是不可见。基类的其他成员在子类的访问方式 == Min(成员在基类的访问限定符，继承方式)，public > protected > private
二. 基类和派生类对象赋值转换
不同类型对象赋值要类型转换
int i = 0; double d = i;class Person { public: void Print() { cout << "name:" << _name << endl; cout << "age:" << _age << endl; } protected: string _name = "peter"; // 姓名 int _age = 18; // 年龄 }; class Student : public Person { protected: int _stuid; // 学号 }; class Teacher : public Person { protected: int _jobid; // 工号 };父类对象不能赋值给子类对象，强转也不行：否则子类特有的成员变量怎么办，给随机值？
父类对象可以赋值给子类的指针、引用（后面说）
int main() { Person p; Student s; // s = p; 错:父类不能赋值给子类 // s = (Student)p; 强转也不行 p = s; Person p1 = s; return 0; }子类对象可以赋值给父类的对象、指针、引用
子类赋值给父类对象，语法上特殊处理，没有发生类型转换，而是赋值兼容（切割、切片）
把子类里，父类那部分切出来，拷贝给父类
怎么证明没有发生类型转换？用另一种语法
p2 变成子类中，父类那一部分的别名
把父类的成员变量放成 public
三. 继承中的作用域
域都是编译时，查找规则的概念
定义了一个类，就有类域。子类和父类有独立的类域
子类和父类中有同名成员，子类成员将屏蔽父类对同名成员的直接访问，这种情况叫隐藏， 也叫重定义。（在子类成员函数中，可以使用父类::父类成员显示访问）
父子类域中，如果是成员函数的隐藏，只需要函数名相同就构成隐藏
现实中尽量不要在继承体系里定义同名成员
class Person { public: void fun() { cout << "Person::func()" << endl; } protected: string _name = "小李子"; // 姓名 int _num = 111; // 身份证号 }; // 隐藏/重定义：子类和父类有同名成员，子类的成员隐藏了父类的成员 class Student : public Person { public: void fun(int) { cout << "Student::func(int)" << endl; } void Print() { cout << "姓名:" << _name << endl; cout << _num << endl; // 999 cout << Person::_num << endl; // 111 } protected: int _num = 999; // 学号 }; int main() { Student s; s.Print(); s.fun(1); //s.fun(); 报错 //编译语法检查时,现在子类找func,找到了,要传参数,但你没传 s.Person::fun(); return 0; }
2个 func 构成什么关系？（a）
a、隐藏/重定义 b、重载 c、重写/覆盖 d、编译报错
同一作用域才能构成重载
四. 派生类的默认成员函数
设计理念：父干父的活，子干子的活
1. 构造函数
按以前的理解，子类有2个成员：_name 和 _id
规定：子类的构造函数中，不能在初始化列表显示初始化父类成员。在构造函数体内可以
class Person { public: Person(const char* name = "peter") : _name(name) { cout << "Person()" << endl; } ~Person() { cout << "~Person()" << endl; } protected: string _name; // 姓名 }; class Student : public Person { public: Student(const char* name = "张三", int id = 0) :_id(0) //,_name(name) 报错: “Student”: 非法的成员初始化:“_name”不是基或成员 { } protected: int _id; }; int main() { Student s; return 0; }
没定义父类对象，但调用了父类的构造函数
规定：子类必须调父类的构造函数，初始化父类成员
默认：在初始化列表自动调用父类的默认构造函数（父类不提供默认构造函数会报错）
若父类不提供默认构造函数：
class Person { public: Person(const char* name) : _name(name) { cout << "Person()" << endl; } ~Person() { cout << "~Person()" << endl; } protected: string _name; // 姓名 }; class Student : public Person { public: Student(const char* name = "张三", int id = 0) :Person(name) // 比较特殊，类似于定义一个匿名对象 ,_id(0) { } protected: int _id; }; int main() { Student s; return 0; }不加19行会报错，19行的写法很特殊
调试发现，在初始化列表先走Person(name)，说明：继承的成员声明在自己的成员之前
在初始化列表先写_id也可以，因为初始化顺序是按声明顺序来的
2. 拷贝构造
规定：必须调父类的拷贝构造
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() { cout << "~Person()" << endl; } protected: string _name; // 姓名 }; class Student : public Person { public: Student(const char* name = "张三", int id = 0) :Person(name) ,_id(0) { } Student(const Student& s) //:_name(s._name) 报错：: “Student”: 非法的成员初始化:“_name”不是基或成员 :Person(s) ,_id(s._id) { } protected: int _id; }; int main() { Student s1; Student s2(s1); return 0; }
31行，父类拷贝构造要传父类对象，在这里只有子类对象，可以直接传：子类对象可以传给父类对象的指针/引用
如果删去31行，不会报错，但有问题：拷贝构造也是构造函数，构造函数在初始化列表不写，默认不会调拷贝构造函数，默认调默认构造函数
3. 赋值重载
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 = "张三", int id = 0) :Person(name) ,_id(0) { } Student(const Student& s) :Person(s) ,_id(s._id) { } Student& operator=(const Student& s) { if (this != &s) { Person::operator=(s); // 构成隐藏，要显示访问 _id = s._id; } return *this; } protected: int _id; }; int main() { Student s1; Student s3("李四", 1); s1 = s3; return 0; }
4. 析构函数
class Person { public: // ...... ~Person() { cout << "~Person()" << endl; } protected: string _name; // 姓名 }; class Student : public Person { public: // ...... ~Student() { //~Person(); 调不到 Person::~Person(); // 有问题 } protected: int _id; }; int main() { Student s1; Student s3("李四", 1); s1 = s3; return 0; }为什么58行调不到，要指定父类类域？
由于后面多态的原因(具体后面讲)，析构函数的函数名被特殊处理了，统一处理成destructor，此时构成隐藏
但此时又有新的问题，总共2个对象，调了4次析构函数
屏蔽59行反而正确了
构造、拷贝、赋值要显示调用
析构函数是个特殊，为保证析构顺序，会自动调
子类对象分开来看，分为父类部分和子类部分
显示调用父类析构，无法保证先子后父的析构顺序
所以子类析构函数完成后，自动调用父类析构，这样就保证了先子后父的析构顺序
为什么要保证先子后父的析构顺序？
因为子类中有可能用到父类成员，父类不可能用到子类
eg：先析构父，子再访问父的成员
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; delete _pstr; } protected: string _name; // 姓名 string* _pstr = new string("111111111"); }; class Student : public Person { public: Student(const char* name = "张三", int id = 0) :Person(name) ,_id(0) { } Student(const Student& s) :Person(s) ,_id(s._id) { } Student& operator=(const Student& s) { if (this != &s) { Person::operator=(s); _id = s._id; } return *this; } ~Student() { //Person::~Person(); cout << *_pstr << endl; // 子类中有可能用到父类成员 } protected: int _id; }; int main() { Student s1; Student s3("李四", 1); s1 = s3; return 0; }
如果把 Person::~Person(); 放开：↓
五. 继承与友元
友元关系不能继承，父类友元不能访问子类私有和保护成员
class Student; class Person { friend void Display(const Person& p, const Student& s); protected: string _name; // 姓名 }; class Student : public Person { friend void Display(const Person& p, const Student& s); protected: int _stuNum; // 学号 }; void Display(const Person& p, const Student& s) { cout << p._name << endl; cout << s._stuNum << endl; } int main() { Person p; Student s; Display(p, s); return 0; }屏蔽掉11行会报错: “Student::_stuNum”: 无法访问 protected 成员(在“Student”类中声明)
六. 继承与静态成员
以前的继承：子类对象中的父类成员，和父类对象成员不是同一个
父类定义了static静态成员，则整个继承体系里面只有一个这样的成员。无论派生出多少个子类，都只有一个static成员实例，在子类中不会单独拷贝一份
eg：↓ 统计Person及子类创建出多少个对象
class Person { public: Person() { ++_count; } //protected: string _name; // 姓名 public: static int _count; // 统计人的个数 }; int Person::_count = 0; class Student : public Person { protected: int _stuNum; // 学号 }; class Graduate : public Student { protected: string _seminarCourse; // 研究科目 }; int main() { Person p; Student s; cout << &p._name << endl; cout << &s._name << endl; cout << &p._count<< endl; cout << &s._count << endl; cout << &Person::_count << endl; cout << &Student::_count << endl; return 0; }
七. 多继承、菱形继承、菱形虚拟继承
实践中可以谨慎用多继承，不要用菱形继承
单继承：一个子类只有一个直接父类时称这个继承关系为单继承
多继承：一个子类有两个或以上直接父类时称这个继承关系为多继承
菱形继承：菱形继承是多继承的一种特殊情况
菱形继承的问题：数据冗余（浪费空间）、二义性（不知道要访问谁）
class Person { public: string _name; // 姓名 int _age; }; class Student : public Person { protected: int _num; //学号 }; class Teacher : public Person { protected: int _id; // 职工编号 }; class Assistant : public Student, public Teacher { protected: string _majorCourse; // 主修课程 }; int main() { Assistant as; as._age = 19; // 报错: 对“_age”的访问不明确 return 0; }二义性可以被解决，但违背常理
int main() { Assistant as; as.Student::_age = 18; // 指定访问 as.Teacher::_age = 30; return 0; }
祖师爷引入了虚拟继承，解决数据冗余、二义性
class Person { public: string _name; // 姓名 int _age; }; class Student : virtual public Person { protected: int _num; //学号 }; class Teacher : virtual public Person { protected: int _id; // 职工编号 }; class Assistant : public Student, public Teacher { protected: string _majorCourse; // 主修课程 }; int main() { Assistant as; as.Student::_age = 18; as.Teacher::_age = 30; as._age = 19; return 0; }
看着 as 里面有3份，实际是1份
虚拟继承解决数据冗余和二义性的原理
菱形继承：↓
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; }
菱形虚拟继承：↓
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; d._a = 0; D d1; return 0; }
这样设计有什么用呢？
int main() { D d; d._a = 0; B b; b._a = 2; b._b = 3; B* ptr = &b; ptr->_a++; ptr = &d; ptr->_a++; return 0; }
先取到偏移量，计算 _a 在对象中的地址，再访问
八. 继承和组合
class C { //.... }; // 继承 class D : public C {}; // 组合 class E { private: C _cc; };继承一般不用 private
继承：白箱复用，父类的内部细节对子类可见；子类对象可以访问父类的 public、protected；父类和子类的耦合度高。改变父类的成员，子类要跟着改
组合：黑箱复用，对象的内部细节不可见；E类只能用 C类的 public 和定义了友元的 protected；耦合度低
实践中多用组合。继承和组合都可以，就用组合；更适合用继承的用继承；实现多态，必须用继承
public继承是 is-a 的关系：每个子类对象一定是父类对象
eg：教师、学生都是人
组合是 has-a 的关系：E 组合了 C，每个 E对象中都有一个 C对象
eg：E是车，C是轮胎，每个车都有轮胎
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