C++封装和继承特性

一、继承的概念与定义

1.1 什么是继承？

继承是面向对象程序设计中最核心的代码复用机制。它允许我们在不修改原有类的基础上，通过扩展来创建新的类（称为派生类），从而形成类的层次结构。之前我们可能使用到的服复用都是函数复用，而继承就是类的复用

例如：Person 类作为基类，Student 和 Teacher 类作为派生类，复用 Person 中的成员变量和函数。

class Person {
protected:string _name = "liming";int _age = 20;
public:void Print() {cout << "name:" << _name << endl;cout << "age:" << _age << endl;}
};class Student : public Person { //继承Person类，此时Student类中也存在Person类中的成员属性和方法，可以调用基类中的方法
protected:int _stuid; // 学号
};
class Teacher : public Person{protected:int _jobid; //工号
}int main()
{Student st;Teacher te;st.Print();te.Print();}

继承后，基类视为派生类的一部分

1.2 继承的访问控制

C++ 提供了三种继承方式：

• public 继承
• protected 继承
• private 继承

它们影响基类成员在派生类中的访问权限：

基类成员访问权限	public 继承	protected 继承	private 继承
public	public	protected	private
protected	protected	protected	private
private	不可见	不可见	不可见

总结：

• private 成员在派生类中不可见，但仍被继承。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，但是语法上限制派生类对象不管在类里面还是类外面 都不能去访问它。

• 访问权限 = 访问限定符合继承方式两者中优先级高的。

  优先级如下：

  private > protected > public

• 默认继承方式：class 为 private，struct 为 public。在实际中基本都会显示写出继承方式，增加代码可读性

• 实际开发中常用 public 继承。

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二、基类与派生类对象的赋值转换

• 派生类 → 基类：允许赋值（称为“切片”或“切割”），包括对象、指针、引用。可以通俗的认为：基类是派生类的一部分，派生类中一定包含基类的所有成员，因此可以构造出来一个完整的基类
• 基类 → 派生类：不允许直接赋值。与上一种情况相反，基类中没有所有的派生类成员，总会有部分成员没有合适的值去赋值，因此无法赋值
• 基类指针/引用 → 派生类指针/引用：可通过强制类型转换，但不安全，除非基类指针原本就指向派生类对象。

Student s;
Person p = s;        //  切片
Person* pp = &s;     //  派生类指针给基类指针赋值
Person& rp = s;      //  派生类对象初始化基类引用// s = p;            //  基类给派生类赋值错误
Student* ps = (Student*)pp; //  强制转换，算然可以，但是会存在越界访问

与隐式类型转换不同，隐式类型转换会用被转换的类型去构造出一个临时变量，然后用该临时变量去赋值或者拷贝构造出一个变量或者对象。而切片不会有临时变量的产生，他直接会将派生类成员拷贝或者调用拷贝构造去给基类成员赋值。

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三、继承中的作用域

• 基类和派生类有独立的作用域。
• 如果派生类中有与基类同名的成员，会隐藏（也叫重定义） 基类的成员。
• 可使用 基类::成员 显式访问被隐藏的成员。

class Person {
public:void Show(){cout << "Person::Show()" << endl;}
protected:int _num = 111; // 身份证号
};class Student : public Person {
public:void Print() {cout << Person::_num << endl; // 显式访问基类成员cout << _num << endl;         // 访问派生类成员}
protected:int _num = 999; // 学号，隐藏基类的 _num
};class Teacher : public Person {
public:void Show( int a) //与基类中成员函数同名，即使参数不同也构成隐藏{cout << "Teacher::Show(), a = " a << << endl;}
protected:int _name = "wanglaoshi"; 
};int main()
{Student s;s._num; //访问派生类自身的成员_num(学号)s.Person::_num; //访问基类中的_num(身份证号)Teacher t;t.Show(); //默认调用派生类成员方法t.Teacher::Show(5); //指定调用基类成员方法
}

注意：只要函数名相同也构成隐藏（不要求参数相同）。

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四、派生类的默认成员函数

派生类的6个默认成员函数（构造、析构、拷贝构造、赋值、取地址）需注意：

1. 构造函数：必须调用基类构造函数（可在初始化列表中调用）。
2. 拷贝构造：必须调用基类拷贝构造。
3. 赋值操作符：必须调用基类赋值操作符。
4. 析构函数：先执行派生类析构，再自动调用基类析构。
5. 析构函数会被特殊处理为destructor()，因此与基类析构函数构成隐藏关系。

class Student : public Person {
public:Student(const char* name, int num)  //构造函数，必须调用基类构造: Person(name), _num(num) {}Student(const Student& s)  //拷贝构造也必须调用基类拷贝构造: Person(s), _num(s._num) {}Student& operator=(const Student& s) { //赋值拷贝也必须调用基类赋值拷贝，但是*this指针是派生类的，也有没基类的任何表示，所以需要指定类作用域 + 显示调用基类赋值拷贝构造if (this != &s) {Person::operator=(s);_num = s._num;}return *this;}~Student() {// 自动调用 ~Person()}
};

在派生类中，直接调用 ~Person() 会调用到派生类的析构，因为析构函数在底层都将析构函数重命名为destructor()，形成了函数隐藏

需要指定作用域在调用。Person::~person() ,这样就可以显示调用到基类析构

注意：在析构函数中，如果我们显示调用基类的析构函数，那么在最后还是会自动的再次调用析构函数，导致重复析构的问题。这是因为要保证先调派生类析构，在调基类析构。

那么为什么要保证这个顺序呢？

如果我们在派生类中显示调用基类析构，此时我们依然在派生类作用域里，还是可以调用基类的属性和方法，若是在我们显示调用析构后我们还使用基类的属性和方法，则会造成一系列问题，为了防止这个问题，编译器强制在派生类析构执行完之后自动调用基类派生，无需我们手动调用。

除了析构函数的顺序，构造函数也有顺序，不过是先基类，在派生类，因此派生类在整个生命周期调用函数顺序如下图：

五、继承与友元

友元关系不能继承。基类的友元函数不能访问派生类的私有或保护成员。

class Person {friend void Display(const Person& p, const Student& s);
protected:string _name;
};class Student : public Person {
protected:int _stuNum;
};void Display(const Person& p, const Student& s) {cout << p._name << endl;     // ✅cout << s._stuNum << endl;   // ❌ 错误，不能访问 Student 的 protected 成员
}

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六、继承与静态成员

基类中定义的 static 成员在整个继承体系中只有一份实例，所有派生类共享。

class Person {
public:static int _count;
};
int Person::_count = 0;class Student : public Person { /* ... */ };
class Graduate : public Student { /* ... */ };// 所有类共享同一个 _count

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七、菱形继承与虚拟继承

7.1 菱形继承的问题

菱形继承指一个类继承自两个具有共同基类的类，导致：

• 数据冗余：共同基类的成员在最终派生类中有两份。
• 二义性：访问共同成员时需指定路径。

class Person { string _name; };
class Student : public Person { int _num; };
class Teacher : public Person { int _id; };
class Assistant : public Student, public Teacher { };Assistant a;
a._name = "peter"; // ❌ 二义性
a.Student::_name = "xxx"; // ✅ 指定路径

7.2 虚拟继承（Virtual Inheritance）

使用 virtual继承可解决菱形继承问题：

class Student : virtual public Person { };
class Teacher : virtual public Person { };
class Assistant : public Student, public Teacher { };

7.3 虚拟继承原理

• 虚基类（如 Person）在最终派生类中只保留一份。
• 派生类通过虚基表指针和偏移量来访问共享的基类成员。

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virtual继承可解决菱形继承问题：

class Student : virtual public Person { };
class Teacher : virtual public Person { };
class Assistant : public Student, public Teacher { };