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第十二讲:C++继承

目录

1、继承

1.1、概念与定义

1.1、继承的概念

1.2、继承的定义

 1.3、继承方式与访问限定符

1.2、基类和子类对象的赋值

1.3、继承中的作用域

1.4、子类默认成员函数

1.5、继承与友元

1.6、继承与静态成员

1.7、菱形继承及菱形虚拟继承

1.7.1、菱形继承

1.7.2、虚拟继承

1.7.3、虚拟继承的原理

1.8、继承的总结

2、关于继承的题目

2.1、第一题

2.2、第二题

2.3、第三题


1、继承

1.1、概念与定义

1.1、继承的概念

继承是面向对象程序设计使代码可以复用的最重要的手段,它允许程序员在保持原有类特性的基础上进行扩展,增加功能,这样产生新的类,称派生类。继承呈现了面向对象程序设计的层次结构,体现了由简单到复杂的认知过程。继承的本质就是类的复用。

例如:

class Person
{
public:void Print(){cout << "name:" << _name << endl;cout << "age:" << _age << endl;}protected:string _name = "peter"; // 姓名int _age = 18;  // 年龄
};// 继承后父类的Person的成员(成员函数+成员变量)都会变成子类的一部分。这里体现出了
//Student和Teacher复用了Person的成员。调用Print可以看到成员函数的复用。class Student : public Person
{
protected:int _stuid; // 学号
};class Teacher : public Person
{
protected:int _jobid; // 工号
};int main()
{Student s;Teacher t;s.Print();t.Print();return 0;
}
1.2、继承的定义

下面我们看到Person是父类,也称作基类。Student是子类,也称作派生类

 1.3、继承方式与访问限定符

继承方式,分为三种:

访问限定符,父类中的访问限定符有三种:

最终子类继承后的访问限定符:

1、基类private成员在派生类中无论以什么方式继承都是不可见的。这里的不可见是指基类的私有成员还是被继承到了派生类对象中,但是语法上限制子类不管在类里面还是类外面都不能去访问它。

注意:不可见和私有是不同的,不可见是类里面和外面都不能用,私有是类外不可用,类内可用。

2、基类private成员在派生类中是不能被访问,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,就定义为protected。从这里就可以看出保护成员限定符是因继承才出现的。

3、实际上面的表格我们进行一下总结会发现,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都是取成员在基类的访问限定符与继承方式权限的最小的那一个。例如:成员在基类的访问限定符是public,继承方式是protected,那么取最小的权限就是protected,也就是说最终在子类的访问方式是protected。

4、继承方式也是可以不写的,如果派生类是class的话默认的继承方式是private,如果派生类是struct的话默认的继承方式是public,不过最好显示的写出继承方式。例如:

class Person
{
public:void Print(){cout << "name:" << _name << endl;cout << "age:" << _age << endl;}protected:string _name = "peter"; // 姓名int _age = 18;  // 年龄
};struct Student : Person // 默认的继承方式是public
{
protected:int _stuid; // 学号
};class Teacher : Person // 默认的继承方式是private
{
protected:int _jobid; // 工号
};

5、在实际运用中一般使用都是public作为继承方式,几乎很少使用protetced或private继承,也不提倡使用protetced或private继承,因为protetced或private继承下来的成员都只能在派生类的类里 面使用,实际中扩展维护性不强。

1.2、基类和子类对象的赋值

子类对象可以赋值给基类的对象基类的指针以及基类的引用。这里有个形象的说法叫切片或者切割,寓意把子类类中父类那部分切过来赋值。这个过程中间不产生临时对象,这个叫做父子类赋值兼容规则。如下图所示:

基类对象不能赋值给子类对象。基类的指针或者引用可以通过强制类型转换赋值给子类的指针或者引用。

例如:

class Person
{
protected:string _name; // 姓名string _sex;  // 性别int _age;// 年龄
};class Student : public Person
{
public:int _No; // 学号
};void Test()
{Student s;//子类对象可以赋值给父类对象/指针/引用Person p = s;Person* pp = &s;Person& rp = s;//基类对象不能赋值给派生类对象//s = p;//基类的指针可以通过强制类型转换赋值给派生类的指针pp = &s;Student * ps1 = (Student*)pp; // 这种情况转换是可以的。ps1->_No = 10;pp = &p;Student* ps2 = (Student*)pp; // 这种情况转换时虽然可以,但是会存在越界访问ps2->_No = 10;
}

1.3、继承中的作用域

在继承体系中基类和派生类都有独立的作用域。子类和父类中有同名成员,子类成员不能对父类的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 基类::基类成员 显示访问)

注意:成员函数的隐藏,只需要函数名相同就构成隐藏。 另外在实际中继承体系里面最好不要定义同名的成员。

例如:

//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"; // 姓名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;
}

再比如:

// B中的fun和A中的fun不是构成重载,因为不是在同一作用域
// B中的fun和A中的fun构成隐藏,成员函数满足函数名相同就构成隐藏。
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;}
};int main()
{B b;b.fun(10);b.A::fun();return 0;
}

1.4、子类默认成员函数

6个默认成员函数,“默认”的意思就是指我们不写,编译器会变我们自动生成一个,那么在派生类 中,这几个成员函数是如何生成的呢?

派生类的默认成员函数不写也会自动生成,对内置类型不做处理,自定义类型则调用他们对应的默认成员函数;当显示的写了对应的默认成员函数时,则也要显示调用父类的对应的默认成员函数。

1、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(指全缺省或者无参的构造函数),则必须在派生类构造函数的初始化列表显示调用。

2、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。

3、派生类的operator=必须要调用基类的operator=完成基类的复制。

4、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。因为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、派生类对象初始化先调用基类构造再调派生类构造。采用先父后子进行构造是有原因的,假设采用先子后父进行构造,那么在构造子类时,父类还未构造,此时子类如果访问父类成员就会出问题,因此构造采用先子后父是会有风险的。

6、派生类对象析构清理先调用派生类析构再调基类的析构。采用先子后父进行析构也是有原因的,假设采用先父后子进行析构,那么在父类析构完成后,子类的析构函数要是访问父类成员就会出现问题,因此析构采用先父后子也是有风险的。

构造是:先父后子;析构是:先子后父。 

例如:

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;}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;}// 由于多态的原因,析构函数会统一被处理成destructor(),因此父子类的析构函数构成隐藏。// 为了保证析构的安全,采用先子后父。// 父类的析构函数不需要显示的调用,子类析构函数结束时会自动调用父类析构函数。~Student(){cout << "~Student()" << endl;}protected:int _num; //学号
};int main()
{Student s1("jack", 18);Student s2(s1);Student s3("rose", 17);s1 = s3;return 0;
}

如何实现一个不能被继承的类?C++98,私有化父类的构造函数即可,例如:

class A
{
private:A(){}protected:int _a;int _b;
};class B : public A
{};int main()
{B bb;return 0;
}

这种方式是间接无法被继承,实际上还是继承了的,只是继承后定义不出对象而已。 

在C++11中新增了一个关键字final,用来修饰父类,直接不能被继承。例如:

class A final
{
public:A(){}protected:int _a;int _b;
};class B : public A
{};int main()
{B bb;return 0;
}

1.5、继承与友元

友元关系不能被继承,也就是说基类友元不能访问子类私有和保护成员。例如:

class Student;
class Person
{
public:friend void Display(const Person& p, const Student& s);
protected:string _name; // 姓名
};class Student : public Person
{
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;
}

注:类也是可以被声明的,我们可以仅仅声明类而暂时不定义它,这种声明被称为向前声明,在它声明之后,定义之前该类是一个不完全类型。不完全类型只能在非常有限的情况下使用,比如可以定义指向这种类型的指针,也可以作为一个声明(但没定义)的函数的参数或者返回类型等等。对于一个类来讲,在创建它的对象前必须完成类的定义,而不能仅仅被声明。

1.6、继承与静态成员

基类定义了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 。例如:

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()
{Student s1;Student s2;Student s3;Graduate s4;cout << " 人数 :" << Person::_count << endl;Student::_count = 0;cout << " 人数 :" << Person::_count << endl;cout << &Person::_count << endl;cout << &Graduate::_count << endl;return 0;
}

1.7、菱形继承及菱形虚拟继承

1.7.1、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。如下图所示:

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。如下图所示:

菱形继承:菱形继承是多继承的一种特殊情况。如下图所示:

简单来说,只要一个类在“血缘”上继承过两个或两个以上的同样的类,这就是菱形继承。比如下图所示的也是菱形继承

菱形继承的问题:菱形继承有数据冗余和二义性的问题。 在Assistant的对象中Person成员会有两份。例如:

class Person
{
public:string _name; // 姓名
};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()
{// 这样会有二义性无法明确知道访问的是哪一个Assistant a;a._name = "peter";// 需要显示指定访问哪个父类的成员可以解决二义性问题,但是数据冗余问题无法解决a.Student::_name = "xxx";a.Teacher::_name = "yyy";return 0;
}

如下图所示:

1.7.2、虚拟继承

虚拟继承可以解决菱形继承的二义性和数据冗余的问题。如上面的继承关系,在Student和 Teacher继承Person时使用虚拟继承,即可解决问题。需要注意的是,虚拟继承不要在其他地方去使用。如图所示:

例如:

class Person
{
public:string _name; // 姓名
};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 a;//这三个name都是指同一个a.Student::_name = "jack";a.Student::_name = "tom";a._name = "peter";return 0;
}
1.7.3、虚拟继承的原理

例如:菱形继承

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;
}

通过内存窗口查看d的地址,如下图所示:这里可以看到数据冗余

例如:菱形虚拟继承

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;d._a = 0;return 0;
}

通过内存窗口查看d的地址,如下图所示:

通过上面的图可以分析出D对象中将A放到的了对象组成的最下面,这个A同时属于B和C,那么B和C如何去找到公共的A呢?这里是通过了B和C的两个指针,指向的一张表。这两个指针叫虚基表指针,这两个表叫虚基表。虚基表中存的偏移量。通过表中的偏移量加上地址就可以找到下面的A。比如:B的地址004FFAA0找到的偏移量为00000014两者加到一起,就是004FFAB4的地址,该地址指向的就是_a。

虚基表中不光存了偏移量,还存了其他东西,到多态再讲。

在虚继承的情况下,所有同类型的对象共用一套虚基表,即虚基表是为这个类型的对象所共有的。

1.8、继承的总结

1、很多人说C++语法复杂,其实多继承就是一个体现。有了多继承,就存在菱形继承,有了菱形继承就有菱形虚拟继承,底层实现就很复杂。所以一定不要设计出菱形继承。否则在复杂度及性能上都可能会有问题。

2、多继承可以认为是C++的缺陷之一,很多后来的编程语言都没有多继承,比如Java。

3、继承和组合:

public继承是一种is-a的关系。也就是说每个派生类对象都是一个基类对象。

组合是一种has-a的关系。假设B组合了A,每个B对象中都有一个A对象。

继承允许你根据基类的实现来定义派生类的实现。这种通过生成派生类的复用通常被称为白箱复用,“白箱”是相对可视性而言:在继承方式中,基类的内部细节对子类可见 。继承一定程度破坏了基类的封装,基类的改变,对派生类有很大的影响。派生类和基类间的依赖关系很强,耦合度高。

组合是类继承之外的另一种复用选择。新的更复杂的功能可以通过组合对象来获得。对象组合要求被组合的对象具有良好定义的接口。这种复用风格被称为黑箱复用,因为对象的内部细节是不可见的。对象只以“黑箱”的形式出现。 组合类之间没有很强的依赖关系,耦合度低。使用对象组合有助于你保持每个类被封装。

实际尽量多去用组合。组合的耦合度低,代码维护性好。不过继承也有用武之地的,有些关系就适合继承那就用继承,另外要实现多态,也必须要继承。类之间的关系可以用继承也可以用组合,那就用组合。例如:

// Car和BMW Car和Benz构成is-a的关系
class Car 
{
protected:string _colour = "白色";  // 颜色string _num = "陕ABIT00"; // 车牌号
};class BMW : public Car 
{
public:void Drive() { cout << "好开-操控" << endl; }
};class Benz : public Car 
{
public:void Drive() { cout << "好坐-舒适" << endl; }
};// Tire和Car构成has-a的关系
class Tire 
{
protected:string _brand = "Michelin";  // 品牌size_t _size = 17; // 尺寸
};class Car 
{
protected:string _colour = "白色"; // 颜色string _num = "陕ABIT00"; // 车牌号Tire _t; // 轮胎
};

2、关于继承的题目

2.1、第一题

答案选C,原因是先继承的在前面,因此Base1和Base2的相对位置如下图所示。

2.2、第二题

下面程序输出结果是什么? 

#include<iostream>
using namespace std;class A 
{
public:A(const char* s) { cout << s << endl; }~A() {}
};class B : virtual public A
{
public:B(const char* s1, const char* s2) :A(s1) { cout << s2 << endl; }
};class C : virtual public A
{
public:C(const char* s1, const char* s2) :A(s1) { cout << s2 << endl; }
};class D : public B, public C
{
public:D(const char* s1, const char* s2, const char* s3, const char* s4) :B(s1, s2), C(s1, s3), A(s1){cout << s4 << endl;}
};int main() 
{D* p = new D("class A", "class B", "class C", "class D");delete p;return 0;
}

在继承中,先被声明的的先被执行,有人可能会觉得是B(s1,s2)先执行,实则不然,因为本质上是A先被声明的;此外,因为是虚拟继承,所以A(s1)不会被执行多次,只会被执行一次;所以先执行A(s1),再执行B(s1,s2),最后执行C(s1,s3),所以最终的结果为先打印class A,然后class B,然后class C,最后class D。

2.3、第三题

下面程序输出结果是什么? 

#include<iostream>
using namespace std;class A 
{
public:A(const char* s) { cout << s << endl; }~A() {}
};class B : public A
{
public:B(const char* s1, const char* s2) :A(s1) { cout << s2 << endl; }
};class C : public A
{
public:C(const char* s1, const char* s2) :A(s1) { cout << s2 << endl; }
};class D : public B, public C
{
public:D(const char* s1, const char* s2, const char* s3, const char* s4) :B(s1, s2), C(s1, s3){cout << s4 << endl;}
};int main() 
{D* p = new D("class A", "class B", "class C", "class D");delete p;return 0;
}

最终的结果为先打印class A,然后class B,然后class A,然后class C,最后class D。

http://www.dtcms.com/a/301718.html

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