C++ 继承中同名成员的隐藏与重载规则解析

显然存在大量重复代码。我们可以将这些公共成员放入一个 Person 类中，通过继承来处理，避免重复定义。

class Person {
public:
    // 进入校园/图书馆/实验室刷二维码等身份认证
    void identity() {
        cout << "void identity()" << _name << endl;
    }
protected:
    string _name = "张三";
    int _age = 18;
    string _address;
    string _tel;
};

class Student : public Person {
public:
    void study() {
        cout << "void study()" << endl;
    }
protected:
    int _stuid;
};

class Teacher : public Person {
public:
    void teaching() {
        cout << "void teaching()" << endl;
    }
protected:
    string _title;
};

int main() {
    Student s;
    Teacher t;
    s.identity();
    t.identity();
    return 0;
}

二、继承的定义

语法结构

在上面的例子中，Person 是基类（父类），Student 和 Teacher 是派生类（子类）。

继承方式类似于访问限定符，主要有三种：public、protected、private。

继承基类访问方式的变化规则如下：

1. 权限缩减原则：public > protected > private，选其中小一点的。例如，基类的 public 成员在 private 继承下变为派生类的 private。
2. 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。
3. 最佳实践：实际运用中一般使用 public 继承。protected 或 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，不提倡随意使用。

此外，继承不仅可以针对普通类，还可以针对类模板。

继承类模板

namespace say_fall {
    template<class T>
    class stack : public std::vector<T> {
    public:
        void push(const T& x) {
            // 基类是类模板时，需要指定一下类域，否则编译报错
            // error C3861: 'push_back': 找不到标识符
            // 因为 stack<int> 实例化时，也实例化了 vector<int>，但模版是按需实例化
            // push_back 等成员函数未实例化，所以找不到
            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() {
    say_fall::stack<int> st;
    st.push(1);
    st.push(2);
    st.push(3);
    while (!st.empty()) {
        cout << st.top() << " ";
        st.pop();
    }
    return 0;
}

这里用继承实现了一个 stack 类。之前我们可能用过适配器方法（组合），现在展示了继承的实现方式。注意，当基类是类模板时，调用基类成员函数通常需要指定作用域，如 vector<T>::push_back(x)。

三、基类和派生类之间的转换

继承关系类似于严格的父子关系，遵循以下规则：

1. 向上转型：public 继承的派生类对象可以赋值给基类的指针或引用。这有个形象的说法叫'切片'或'切割'，寓意把派生类中基类那部分切出来，基类指针或引用指向的是派生类中切出来的基类那部分。
2. 向下限制：基类对象不能直接赋值给派生类对象。
3. 强制转换：基类的指针或者引用可以通过强制类型转换赋值给派生类的指针或者引用。但这必须是基类的指针是指向派生类对象时才是安全的。如果基类是多态类型，可以使用 RTTI（Run-Time Type Information）的 dynamic_cast 来进行识别后安全转换。

类比：父亲给孩子的财产，父亲有权使用，而孩子不能直接使用父亲的财产，必须经过父亲允许才可以。

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;
    // 派生类对象可以赋值给基类的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，这里会编译报错
    // sobj = pobj; // 报错：没有与这些操作数匹配的 "=" 运算符
    return 0;
}

四、继承的作用域

隐藏规则与重载比较

重载规则

在同一作用域下的同名函数，在参数不同的情况下构成函数重载。

隐藏规则

1. 在继承体系中，基类和派生类都有独立的作用域。
2. 派生类和基类中有同名成员，派生类成员将屏蔽基类对同名成员的直接访问，这种情况叫隐藏。（在派生类成员函数中，可以使用 基类::基类成员 显式访问）
3. 如果是成员函数的隐藏，只需要函数名相同就构成隐藏，不需要参数不同。
4. 实际开发中，在继承体系里最好不要定义同名的成员，以免混淆。

// Student 的_num 和 Person 的_num 构成隐藏关系，可以看出这样代码虽然能跑，但是非常容易混淆
class Person {
protected:
    string _name = "小李子";
    int _num = 111; // 身份证号
};

class Student : public Person {
public:
    void Print() {
        cout << " 姓名:" << _name << endl;
        cout << " 身份证号:" << Person::_num << endl;
        cout << " 学号:" << _num << endl;
    }
protected:
    int _num = 999; // 学号
};

int main() {
    Student s1;
    s1.Print();
    return 0;
}

实战演练

class A {
public:
    void fun() {
        cout << "func()" << endl;
    }
};

class B : public A {
public:
    void fun(int i) {
        cout << "func(int i)" << i << endl;
    }
};

int main() {
    B b;
    b.fun(10); // 调用 B::fun(int)
    b.fun();    // 编译错误
    return 0;
}

问题解析：

1. A 和 B 类中的两个 func 构成什么关系？
   • 答案：隐藏。回顾重载，其定义是一个作用域中的同名函数，而继承出来的子类和父类实际上是在两个作用域的，所以是隐藏。
2. 上面程序的编译运行结果是什么？
   • 答案：编译报错。首先我们知道调用的 fun() 是构成隐藏的，在调用 b.fun(); 时候，却没有传入参数，且 B 类中没有无参的 fun，编译器不会去基类找，因此报错。

五、派生类默认成员函数

在手动写一个类的过程中，我们了解过这 6 个默认成员函数（即使我们自己不实现，编译器也会自己实现的）。而在继承的类中会自动生成吗？生成的规则又是什么样子的？

这里说的四个默认构造函数是指构造、析构、赋值重载、拷贝构造。

1. 构造函数：派生类的构造函数必须调用基类的构造函数初始化基类的那一部分成员。如果基类没有默认的构造函数，则必须在派生类构造函数的初始化列表阶段显式调用。
2. 拷贝构造函数：派生类的拷贝构造函数必须调用基类的拷贝构造完成基类的拷贝初始化。
3. 赋值运算符重载：派生类的 operator= 必须要调用基类的 operator= 完成基类的复制。需要注意的是派生类的 operator= 隐藏了基类的 operator=，所以显式调用基类的 operator= 需要指定基类作用域。
4. 析构函数：派生类的析构函数会在被调用完成后自动调用基类的析构函数清理基类成员。这样才能保证派生类对象先清理派生类成员再清理基类成员的顺序。
5. 执行顺序：派生类对象初始化先调用基类构造再调用派生类构造；派生类对象析构清理先调用派生类析构再调用基类的析构。
6. 虚析构：因为多态中一些场景析构函数需要构成重写，重写的条件之一是函数名相同。那么编译器会对析构函数名进行特殊处理，处理成 destructor()，所以基类析构函数不加 virtual 的情况下，派生类析构函数和基类析构函数构成隐藏关系。

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;
};

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) {
            // 构成隐藏，所以需要显式调用
            Person::operator=(s);
            // operator=(s); 会触发递归，因为调用的是自己的 operator=()
            _num = s._num;
        }
        return *this;
    }
    ~Student() {
        cout << "~Student()" << endl;
    }
protected:
    int _num;
};

int main() {
    Student s1("jack", 18);
    Student s2(s1);
    Student s3("rose", 17);
    s1 = s3;
    return 0;
}

通过上述示例，我们可以看到继承体系中默认成员函数的调用逻辑和注意事项。理解这些细节，有助于编写更健壮、不易出错的 C++ 代码。