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C++基础：继承

news 2025/8/8 6:19:49

引言

        一篇文章带你搞懂C++中的继承，理解继承，使用继承

一、继承的概念及定义

1、继承的概念

        继承(inheritance)机制是面向对象程序设计使代码可以复用的最重要的手段，它允许我们在保持原有类特性的基础上进行扩展，增加方法(成员函数)和属性(成员变量)，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。以前我们接触的函数层次的复用，继承是类设计层次的复用。 

看下面代码：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
class Student
{
public:// 进⼊校园/图书馆/实验室刷⼆维码等⾝份认证void identity(){// ...}// 学习void study(){// ...}
protected:string _name = "peter"; // 姓名// 地址string _address;string _tel;int _age = 18;int _stuid;
};
class Teacher
{
public:// 进⼊校园/图书馆/实验室刷⼆维码等⾝份认证void identity(){// ...}// 授课void teaching(){//...}
protected:string _name = "张三";   // 姓名// 年龄int _age = 18;string _address;string _tel;string _title;
};
int main()
{return 0;
}

Student和Teacher都有姓名/地址/ 电话/年龄等成员变量，都有identity身份认证的成员函数，设计到两个类里面就是冗余的。

这时，可以想着把两个公有的部分提出来。

下面我们把公共的成员都放到Person类中，Student和teacher都继承Person，就可以复用这些成员。（下面会详细讲解如何复用，这里只是先认识一下）

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;class Person
{
public:void identity(){cout << "void identity()" << _name << endl;}
protected://private: // 不可见string _name = "张三"; // 姓名string _address; // 地址string _tel; // 电话int _age = 18; // 年龄
};
class Student : public Person
{
public:// 进⼊校园/图书馆/实验室刷⼆维码等⾝份认证// 学习void study(){// ...}
protected:int _stuid;  //学号
};
class Teacher : public Person
{
public:// 进⼊校园/图书馆/实验室刷⼆维码等⾝份认证// 授课void teaching(){//...}
protected:string _title;  //职称
};
int main()
{Student s;Teacher t;cout << "1" << endl;s.identity();t.identity();return 0;
}

2、继承定义

继承的语法格式：

可以看到Person是基类，也称作父类。Student是派生类，也称作子类。(因为翻译的原因，所以 叫基类/派生类，或者叫父类/子类)

继承方式和访问限定符（下面详细介绍，这里认识一下）：

3、继承<基类成员>访问方式的变化

如何理解：

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。

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。

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。可以看出保护成员限定符是因继承才出现的。

3.基类的私有成员在派生类都是不可见。

基类的其他成员在派生类的访问方式 = Min(成员在基类的访问限定符，继承方式)

public >protected> private

4.使用关键字class时默认的继承方式是private，使用struct时默认的继承方式是public，不过最好显示的写出继承方式。

5.在实际运用中一般使用都是public继承，几乎很少使用protetced/private继承，也不提倡使用protetced/private继承，因为protetced/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。

4、继承类模板

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
using namespace std;namespace mystl
{/*template<class T>class vector{};这里直接使用库里面的vector*/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vector<int>了// 但是模版是按需实例化，push_back等成员函数未实例化，所以找不到vector<T>::push_back(x);//push_back(x);}void pop(){vector<T>::pop_back();}const T& top(){return vector<T>::back();}bool empty(){return vector<T>::empty();}};
}int main()
{mystl::stack<int> st;st.push(1);st.push(2);st.push(3);while (!st.empty()){cout << st.top() << " ";st.pop();}return 0;
}

二、基类和派生类间的转换

        通常情况下我们把⼀个类型的对象赋值给另⼀个类型的指针或者引用时，存在类型转换，中间会产生临时对象，所以需要加const，如： int a = 1; const double& d = a;

public继承中，就是⼀个特殊处理的例外，派生类对象可以赋值给基类的指针/基类的引用，而不需要加 const，这里的指针和引用绑定是派生类对象中的基类部分，如下图所示。也就意味着⼀个基类的指针或者引用，可能指向基类对象，也可能指向派生类对象。

        派生类对象赋值给基类对象是通过基类的拷贝构造函数或者赋值重载函数完成的，这个过程就像派生类自己定义部分成员切掉了⼀样，所以也被叫做切片割或者切，如图所示。

基类对象不能赋值给派生类对象。

class Person
{
protected:string _name; //姓名string _sex; //性别int _age;  //年龄
};class Student : public Person
{
public:int _No; //学号
};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;// ⽣类对象可以赋值给基类的对象是通过调⽤后⾯会讲解的基类的拷⻉构造完成的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;return 0;
}

三、继承中的作用域

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::基类成员显示访问）

3. 如果是成员函数的隐藏，只需要函数名相同就构成隐藏。

4. 注意：在实际中在继承体系里面最好不要定义同名的成员。

class Person
{
protected:int _num = 111;    // ⾝份证号string _name = "小李子"; // 姓名};
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;
};

输出：

姓名:小李子
身份证号: 111
学号:999

四、派生类的默认成员函数

        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？

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，则必须在派生类构造函数的初始化列表阶段显示调用。

class Person
{
public:Person(const char* name):_name(name){cout << "Person(const char* name)" << endl;}
protected:string _name;
};class Student :public Person
{// 默认成员函数 - 规则高度相似// 两份部分分开处理：// 1、基类成员(整体，调用基类构造)// 2、派生类成员（跟类和对象一样）
public:Student(const char* name, int num, const char* address):Person(name), _num(num), _address(address){//一般要自己写}
protected:int _num; //学号string _address;
};

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初始化。

class Person
{
public:Person(const char* name):_name(name){cout << "Person(const char* name)" << endl;}Person(const Person& p):_name(p._name){cout << "Person(const Person& p)" << endl;}
protected:string _name;
};class Student :public Person
{// 默认成员函数 - 规则高度相似// 两份部分分开处理：// 1、基类成员(整体，调用基类构造)// 2、派生类成员（跟类和对象一样）
public://构造函数Student(const char* name, int num, const char* address):Person(name), _num(num), _address(address){//一般要自己写}//拷贝构造函数Student(const Student& s):Person(s),_num(s._num),_address(s._address){// 编译默认生成的就够用了// 存在深拷贝时，才自己写}
protected:int _num; //学号string _address;
};int main()
{Student s1("张三", 1, "西安");Student s2(s1);return 0;
}

3. 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=，所以显示调用基类的operator=，需要指定基类作用域。

class Person
{
public:Person(const char* name):_name(name){cout << "Person(const char* name)" << 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;}
protected:string _name;
};class Student :public Person
{// 默认成员函数 - 规则高度相似// 两份部分分开处理：// 1、基类成员(整体，调用基类构造)// 2、派生类成员（跟类和对象一样）
public://构造函数Student(const char* name, int num, const char* address):Person(name), _num(num), _address(address){//一般要自己写}//拷贝构造函数Student(const Student& s):Person(s),_num(s._num),_address(s._address){// 编译默认生成的就够用了// 存在深拷贝时，才自己写}Student& operator=(const Student& s){// 编译默认生成的就够用了// 存在深拷贝时，才自己写if (this != &s){Person::operator=(s);_num = s._num;_address = s._address;}return *this;}
protected:int _num; //学号string _address;
};int main()
{Student s1("张三", 1, "西安");Student s2(s1);Student s3 = s1;return 0;
}

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。（很特殊）

class Person
{
public:Person(const char* name):_name(name){cout << "Person(const char* name)" << 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
{// 默认成员函数 - 规则高度相似// 两份部分分开处理：// 1、基类成员(整体，调用基类构造)// 2、派生类成员（跟类和对象一样）
public://构造函数Student(const char* name, int num, const char* address):Person(name), _num(num), _address(address){//一般要自己写}//拷贝构造函数Student(const Student& s):Person(s),_num(s._num),_address(s._address){// 编译默认生成的就够用了// 存在深拷贝时，才自己写}Student& operator=(const Student& s){// 编译默认生成的就够用了// 存在深拷贝时，才自己写if (this != &s){Person::operator=(s);_num = s._num;_address = s._address;}return *this;}~Student(){// Person::~Person(); //这里不能显示调用，析构的顺序不对//应该是先析构子类，后析构父类}//程序到这里会自动调用父类的析构，保证了先子后父的析构顺序// 派生类析构调用后，会自动调用父类析构，所以自己实现析构时不需要显示调用// 构造初始化，先父类后子。析构清理资源，先子后父。
protected:int _num; //学号string _address;
};int main()
{Student s1("张三", 1, "西安");Student s2(s1);Student s3 = s1;return 0;
}

5. 派生类对象初始化先调用基类构造再调派生类构造。

    派生类对象析构清理先调用派生类析构再调基类的析构。

   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。

五、实现⼀个不能被继承的类

方法1：基类的构造函数私有。派生类的构成必须调用基类的构造函数，但是基类的构成函数私有化以后，派生类看不见就不能调用了，那么派生类就无法实例化出对象。

方法2：C++11新增了一个final关键字，final修改基类，派生类就不能继承了。    

//C++11的方法：final
class Base final
{
public:void func5() { cout << "Base::func5" << endl; }
protected:int a = 1;
private:// C++98的方法//Base()//{}
};class Derive :public Base
{void func4() { cout << "Derive::func4" << endl; }
protected:int b = 2;
};int main()
{//Derive d;return 0;
}

六、继承与友元

友元关系不能继承，也就是说基类友元不能访问派生类私有和保护成员 。

// 前置声明
class Student;class Person
{
public:friend void Display(const Person& p, const Student& s);
protected:string _name; // 姓名
};class Student : public Person
{//解决方法：Display也变成Student 的友元即可//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;// 编译报错：error C2248: “Student::_stuNum”: 无法访问 protected 成员// 解决方案：Display也变成Student 的友元即可Display(p, s);return 0;
}

七、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。无论派生出多少个派生类，都只有⼀个static成员实例。

class Person
{
public:string _name;static int _count;
};int Person::_count = 0;class Student : public Person
{
protected:int _stuNum;
};int main()
{Person p;Student s;// 这里的运行结果可以看到非静态成员_name的地址是不一样的// 说明派生类继承下来了，父派生类对象各有一份cout << &p._name << endl;cout << &s._name << endl;cout << &p._count << endl;cout << &s._count << endl;// 公有的情况下，父派生类指定类域都可以访问静态成员cout << Person::_count << endl;cout << Student::_count << endl;return 0;
}

八、多继承及其菱形继承问题

1、继承模型

单继承：一个派生类只有一个直接基类时称这个继承关系为单继承

多继承：⼀个派生类有两个或以上直接基类时称这个继承关系为多继承，多继承对象在内存中的模型是，先继承的基类在前面，后面继承的基类在后面，派生类成员放到最后面。

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，从下面的对象成员模型构造，可以看出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。支持多继承就一定会有菱形继承，像Java就直接不支持多继承，规避掉了这里的问题，所以实践中我们是不建议设计出菱形继承这样的模型的。

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()
{// 编译报错：error C2385: 对“_name”的访问不明确Assistant a;//a._name = "peter";// 需要显示指定访问哪个基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;
}

九、虚继承

        当一个派生类通过多条路径继承自同一个基类时，虚继承可以确保这个基类在派生类中只被实例化一次，从而避免成员访问的二义性和数据冗余。

可以理解：虚继承把公共的基类脱离出来，单独实例化。（派生类中这个基类部分的数据只有一份）

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
};// 数据冗余 二义性 -》virtual继承
int main()
{// 编译报错：error C2385: 对“_name”的访问不明确Assistant a;a._name = "peter";cout << "1111" << endl;return 0;
}

十、多继承中指针偏移问题？下面说法正确的是()

A：p1==p2==p3   

B：p1 < p2 < p3   

C：p1 == p3 != p2 

D：p1 != p2 != p3

class Base1 {  public:  int _b1; };class Base2 {  public:  int _b2; };class Derive : public Base1, public Base2 { public: int _d; };int main(){Derive d;Base1* p1 = &d;Base2* p2 = &d;Derive* p3 = &d;return 0;
}

选：C

解析：

十一、继承和组合

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 (white-box reuse)。

• 术语“白箱”是相对可视性而言：在继承方式中，基类的内部细节对派生类可见。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。

• 对象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装或组合对象来获得。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(black-boxreuse)， 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。

优先使用对象组合有助于你保持每个类被封装。

http://www.dtcms.com/a/319240.html

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