【C++】继承机制全解析
1.继承的概念
继承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。它允许一个类(派生类)继承另一个类(基类)的属性(成员变量)和方法(成员函数)，同时可以在此基础上添加新的属性和方法，或重写基类的方法，从而实现代码复用和扩展。
class 派生类名 : 继承方式 基类名 {// 派生类新增的成员
};2.继承的方式
C++通过继承方式控制基类成员在派生类中的访问权限，有三种继承方式，继承方式对应的访问权限如下表所示：
| 类成员 / 继承方式 | public 继承 | protected 继承 | private 继承 |
|---|---|---|---|
| 基类的 public 成员 | 派生类的 public 成员 | 派生类的 protected 成员 | 派生类的 private 成员 |
| 基类的 protected 成员 | 派生类的 protected 成员 | 派生类的 protected 成员 | 派生类的 private 成员 |
| 基类的 private 成员 | 在派生类中不可见 | 在派生类中不可见 | 在派生类中不可见 |
总结一下，基类的私有成员不管什么继承方式在派生类中都是不可见；基类的其他成员在派生类的访问方式就是派生类的继承方式。在使用class关键字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。在实际使用当中，一般使用public继承，几乎很少使用protetced/private继承，也不提倡使用，因为protetced/private继承下来的成员都只能在派生类的类中进行使用，实际中扩展维护性不强。
3.继承类模板
类模板是一种通用的类定义，它允许在创建类的时候使用类型参数。继承类模板指的是一个类模板从另一个类模板继承属性和方法，或者一个普通类继承类模板，以及类模板继承普通类等情况。这里就不详细展开讲解了，内容比较好理解，如果需要更深入的学习可在网上搜索。
4.基类和派生类间的转换
当派生类以public方式继承基类时，派生类对象可以赋值给基类指针或绑定到基类引用。这就是多态的基础！通过基类指针/引用统一操作派生类对象的“基类部分”，配合虚函数可实现“运行时多态”。
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;// 基类 Person
class Person
{
protected:string _name; // 姓名string _sex; // 性别int _age; // 年龄
};// 派生类 Student，public 继承 Person
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;// 派生类对象可以赋值给基类的对象（通过基类的拷贝构造）Person pobj = sobj;// 2. 基类对象不能赋值给派生类对象，此处会编译报错// sobj = pobj; return 0;
}上述代码就演示了：派生类对象向基类指针/引用的隐式转换；派生类对象向基类对象的拷贝构造(切片操作)；基类对象无法直接赋值给派生类对象的限制。值得注意的是并非不能支持sobj=pobj的操作，如果需要可以为Student类自定义赋值运算符重载函数来实现显式转换逻辑。
5.继承的作用域
5.1继承机制的隐藏规则
在继承体系中基类和派生类都有独立的作用域；派生类和基类如果有同名函数，派生类成员将屏蔽对基类同名成员的直接访问，这种情况叫做隐藏。
class Base {
public:void func(int x) { cout << "Base::func(int)" << endl; }
};class Derived : public Base {
public:// 隐藏基类的 func(int)，即使参数不同！void func(double x) { cout << "Derived::func(double)" << endl; }
};int main() {Derived d;d.func(10); // 调用 Derived::func(double)（int 被隐式转 double）// d.func(10) 本想调用基类的 func(int)，但被派生类的 func(double) 隐藏了！// 若要调用基类函数，需显式：d.Base::func(10);return 0;
}上面的这段代码说明了派生类只要声明同名函数，就会隐藏基类的所有同名函数，必须显式调用才能访问基类版本。
总结一下继承的“隐藏规则”：
1）派生类同名成员（变量 / 函数）会隐藏基类的同名成员，默认访问派生类自己的。
2）隐藏是作用域层级的覆盖，而非 “删除” 基类成员，需显式用(基类名::)访问被隐藏的基类成员。
3）实际开发中，应尽量避免同名成员，减少代码混淆风险；若无法避免，务必显式指定作用域。
6.派生类的默认成员函数
派生类默认成员函数的行为与基类的默认成员函数密切相关，其核心规则是派生类必须先初始化 / 清理基类部分，再处理自身成员。
6.1生成和调用规则
派生类的默认成员函数会自动调用基类对应的成员函数，以保证基类部分的正确初始化，拷贝或清理。
1）派生类构造函数：编译器生成的默认构造函数会先调用基类的默认构造函数（无参构造），在初始化派生类自己的成员变量（内置类型不初始化，自定义类型调用其默认构造）。注意：若基类没有默认构造函数（如用户定义了带参构造，编译器不在自动生成），派生类必须显式在初始化列表中调用基类的某个构造函数，否则会编译报错。
2）派生类析构函数：编译器生成的默认析构函数会先清理派生类自己的成员，再自动调用基类的析构函数（与构造函数顺序相反）。注意：基类析构函数建议声明为virtual（虚析构函数），确保删除派生类对象时，基类部分能被正确析构（避免内存泄露），虚函数在后面的多态会详细讲解。
3）派生类拷贝构造函数：编译器生成的默认拷贝构造函数会自动调用基类的拷贝构造函数（完成基类部分的拷贝），再拷贝派生类自己的成员变量。注意：若用户显式定义派生类拷贝构造，必须在初始化列表中显式调用基类的拷贝构造，否则会默认调用基类的默认构造函数（导致基类部分未正确拷贝）。
4）派生类赋值运算符重载：同理，会先调用基类的赋值运算符，再对派生类自己的成员变量赋值。跟拷贝构造同理，若用户显式定义派生类赋值运算符，必须在函数体内显式调用基类的赋值运算符，否则基类部分不会被赋值。
上面让注意必须显式调用的时候，其实原因就是我们上一个话题所说的继承的作用域隐藏问题。
7.继承注意
1）基类的构造函数私有，派生类构造必须调用基类的构造函数，但是基类的构造函数私有化以后，派生类看不见就不能调用了，派生类就无法实例化对象。C++11新增一个fonal，final修改基类，派生类就能继承该基类了。
2）注意基类的友元关系不能被继承，也就是基类友元不能访问派生类私有和保护成员。
3）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，无论现在派生出多少个派生类，都只有一个static实例。原因时静态成员在本质上属于类而非类对象，在继承中，派生类会继承基类的成员，对于静态成员也不例外，虽然派生类继承了基类的静态成员，但本质时共享基类在静态存储区中已经分配好的那个静态成员实例，而不是创建一个新的静态成员。
8.多继承问题
一个派生类有两个或以上继承基类时称为多继承。虽然能提高代码复用性，当随之而来会带来一些问题。
8.1会出现的问题
1）数据冗余：当类A是基类，类B和类C都继承自A，类D同时继承B和C，此时D会间接拥有两份A的成员（分别来自B和C），A的成员在D中被存储了两次，浪费内存。
2)访问二义性：场景就是数据冗余的那个场景，当通过D访问A的成员时，编译器无法确定来自B还是C的继承路径，导致编译错误。
3）成员名冲突：当多个基类中存在同名成员（变量或函数），即使没有菱形结构，也会导致访问二义性。（想要解决就显式指定基类）
为了解决菱形继承相关问题：C++引入了虚继承机制，让派生类间接继承同一基类时，只保留一份基类成员，原理是通过一个间接指针（虚表类表指针）指向唯一的基类实例，确保派生类（D）中只存在一份A的成员。例如：
class A { public: int x; };// B和C虚继承A（关键：在中间类添加virtual）
class B : virtual public A {};
class C : virtual public A {}; class D : public B, public C {}; // D继承B和CD中只会保留一份A的成员x，访问d.x不再有歧义。
虚继承的底层原理实现是通过虚基类表与偏移量：虚继承的中间类（B和C）不再直接存储基类A的成员，将虚基类表存储在程序的只读数据段中，它是在编译期生成的静态只读数据，然后在对象中增加一个虚基类表指针指向虚基类表；虚基类表中存储了当前类对象到顶层基类（A）成员的偏移量，通过偏移量可找到唯一的A成员实例。
不过我们要注意虚继承仅用于解决菱形继承问题，非菱形结构的多继承无需使用，否则会增加内存开销（虚基类表指针）和代码复杂度。
我们要注意避免过多使用多继承，优先使用单继承+接口：通过接口（纯虚函数）实现多态，减少多继承带来的复杂度；用组合替代继承：当需要复用多个类的功能时，可在派生类中定义其他类的对象（组合），而非继承它们，更灵活且降低耦合。
最后总结一下多继承问题，多继承的核心问题就是二义性和结构复杂性，通过虚继承、显式指定基类等方式可缓解，但是更推荐在设计中优先考虑单继承和组合，减少多继承的使用场景。
指针自动偏移机制：
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;
}上述代码中三个指针的关系是啥？答案是p1==p3!=p2。三个指针明明都指向d，为什么不相同呢？这是因为Base2指针其实指向的是d对象的Base2子对象的起始位置，而Base1作为主基类，指针地址和派生类地址相同。这就是在多继承问题中指针自动偏移机制
本篇文章我们主要学习了C++中关于继承机制的知识，本文系作者本人根据自己学习笔记所作，如有错误，希望你能帮忙指出！万分感谢！希望我们共同进步！