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【C++继承】深入浅出C++继承机制

news 2025/10/12 7:37:36

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💻作者简介：曾与你一样迷茫，现以经验助你入门 C++。
💡个人主页：@笑口常开xpr 的个人主页
📚系列专栏：C++ 炼魂场：从青铜到王者的进阶之路
✨代码趣语：友元不继承像 “爸爸的朋友”：爸爸的好朋友（基类友元），不一定是儿子的好朋友；儿子想让他进门，得自己再递张邀请卡（子类重新声明友元）。
💪代码千行，始于坚持，每日敲码，进阶编程之路。
📦gitee 链接：gitee

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文章目录

一、继承
- （1）定义
- （2）格式
- （3）继承关系和访问限定符
- （4）继承基类成员访问方式的变化
- （5）基类和派生类对象赋值转换
- （6）继承中的作用域
- （7）派生类的默认成员函数
- （8）友元
- （9）继承与静态成员
二、多继承及菱形继承
- （1）单继承
- （2）多继承
- （3）菱形继承
- - 1、菱形继承的问题
  - 2、虚拟继承
  - 3、virtual 的原理
三、总结

继承是 C++ 面向对象编程实现代码复用的核心，也是构建类层次结构的基础。初学者常被访问权限、对象转换、作用域隐藏、多继承问题等困扰，本文从单继承基础入手，逐步拆解核心知识点，结合代码与内存分析，帮你理清逻辑、避开陷阱。

一、继承

（1）定义

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。以前我们接触的复用都是函数复用，继承是类设计层次的复用。

（2）格式

Person 是父类，也称作基类。Student 是子类，也称作派生类。
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（3）继承关系和访问限定符

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（4）继承基类成员访问方式的变化

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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，但是语法上限制派生类对象不管在类里面还是类外面都不能去访问它。
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。
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 == Min(成员在基类的访问限定符，继承方式)，public > protected > private。
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。
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。

#include<iostream>
using namespace std;
class Person
{
public:void Print(){cout << "name:" << _name << endl;cout << "age:" << _age << endl;}
protected:string _name = "peter"; //姓名int _age = 18;			//年龄
};
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;
}

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（5）基类和派生类对象赋值转换

派生类对象可以赋值给基类的对象 / 基类的指针 / 基类的引用。这里有个操作叫切片或者切割。把派生类中父类那部分切来赋值过去。
基类对象不能赋值给派生类对象。
基类的指针或者引用可以通过强制类型转换赋值给派生类的指针或者引用。但是必须是基类的指针是指向派生类对象时才是安全的。这里基类如果是多态类型，可以使用 RTTI 的 dynamic_cast 来进行识别后进行安全转换。

#include<iostream>
using namespace std;
class Person
{
public:void Print(){cout << "name:" << _name << endl;cout << "age:" << _age << endl;}
protected:string _name = "peter"; //姓名int _age = 18;			//年龄
};
class Student : public Person
{
protected:int _stuid; //学号
};
class Teacher : public Person
{
protected:int _jobid; //工号
};
int main()
{Person p;Student s;Teacher t;p = t;//子类可以给父类//t = p;//父类不可以给子类t = (Student)p;return 0;
}

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子类可以给父类，即向上转换。子类对象是特殊的父类对象，父类不可以给子类。

子类对象可以赋值给父类对象 /指针/引用

Student sobj;
Person pobj = sobj;
Person* pp = &sobj;
Person& rp = sobj;

这里是切割，没有发生类型转换，因为如果发生类型转换，会产生临时变量，临时变量前面需要添加 const，否则代码会报错。

基类的指针可以通过强制类型转换赋值给派生类的指针

Student sobj;
pp = &sobj;
Student* ps1 = (Student*)pp; 
ps1->_No = 10;

这种情况转换时虽然可以，但是会存在越界访问的问题

Student sobj;
Person pobj = sobj;
pp = &pobj;
Student* ps2 = (Student*)pp; 
ps2->_No = 10;

这里将基类对象指针强制转换为派生类指针，然后访问派生类特有成员 _No，这会导致未定义行为，可能造成内存越界和程序崩溃。

（6）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，子类成员将屏蔽父类对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）
需要注意的是如果是成员函数的隐藏，只需要函数名相同就构成隐藏。
注意在实际中在继承体系里面最好不要定义同名的成员。父类可以和子类定义同名的成员，因为不在同一个作用域中。查找变量时，先在局部域中查找，然后去全局域查找。可以指定作用域查找，如果找不到，就会报错。

#include<iostream>
using namespace std;
class Person
{
protected:string _name = "小李子"; // 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;//就近原则,先查找子类的作用域}
protected:int _num = 999; // 学号
};
int main()
{Student s1;s1.Print();return 0;
}

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#include<iostream>
using namespace std;
class Person
{
public:void func(){cout << "Person" << endl;}
protected:string _name = "小李子"; // 姓名int _num = 111;         // 身份证号
};
class Student : public Person
{
public:void func(int i){cout << "Student : public Person" << endl;}void Print(){cout << " 姓名:" << _name << endl;cout << " 身份证号:" << Person::_num << endl;cout << " 学号:" << _num << endl;//就近原则,先查找子类的作用域}
protected:int _num = 999; // 学号
};
int main()
{Student s1;s1.func(1);return 0;
}

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子类和父类的两个 func 构成隐藏 / 重定义，父子类域中，成员函数名相同就构成函数重载，函数重载的前提是在同一个作用域中。

（7）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，编译器会帮我们自动生成一个，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。
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。
派生类的 operator= 必须要调用基类的 operator= 完成基类的复制。
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。
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。
因为后续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(这个我们后面会讲解)。那么编译器会对析构函数名进行特殊处理，处理成 destrutor()，所以父类析构函数不加 virtual 的情况下，子类析构函数和父类析构函数构成隐藏关系。

#include<iostream>
using namespace std;
class Person
{
public:Person(){cout << "Person" << endl;}void func(){cout << "Person" << endl;}~Person(){cout << "~Person" << endl;}
protected:string _name;
};
class student : public Person
{
public:student(const char* name = "张三",int id = 0):_id(0),Person(name)//,_name(name){ }
protected:int _id;
};
int main()
{student s;return 0;
}

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C++ 规定，派生类不能初始化父类的成员变量，父类的成员变量可以通过父类的构造函数或者通过派生类的匿名对象来初始化。
派生类会调用父类的构造函数初始化成员，初始化时先初始化父类的成员，然后初始化子类的成员。

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先子后父的原因是子类当中可能有父类成员。子可以用父，父不能用子。

#include<iostream>
using namespace std;
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;delete _pstr;}
protected:string _name; // 姓名string* _pstr = new string("111111");
};
class student : public Person
{
public:student(const char* name = "张三",int id = 0):Person(name),_id(0)//,_name(name){ }student(const student& s):_id(s._id), Person(s){}student& operator=(const student& s){if (this != &s){Person::operator=(s);_id = s._id;}return *this;}~student(){//由于后面多态的原因,析构函数的函数名被特殊处理//统一处理成destructorcout << *_pstr << endl;//Person::~Person();//显示调用父类析构,无法保证先子后父//所以子类析构函数完成后,自动调用父类析构,这样就保证了先子后父delete _ptr;}
protected:int _id;int* _ptr = new int;
};
int main()
{student s1;student s2(s1);student s3("李四", 1);s1 = s3;return 0;
}

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显示调用父类析构，无法保证先子后父。所以子类析构函数完成后，自动调用父类析构，这样就保证了先子后父。可以不显示调用父类析构，编译器会自动调用。

（8）友元

#include<iostream>
using namespace std;
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;
}

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友元函数不能继承。
解决方法
在 student 类中添加友元函数即可。

class Student : public Person
{friend void Display(const Person& p, const Student& s);
protected:int _stuNum; // 学号
};

（9）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。

#include<iostream>
using namespace std;
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()
{Person p;Student s;cout << &p._name << endl;cout << &s._name << endl;cout << &p._count << endl;cout << &s._count << endl;cout << &Person::_count << endl;cout << &Student::_count << endl;return 0;
}

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静态成员继承的是使用权，静态成员属于父类和派生类，派生类中不会单独拷贝一份。

int main()
{Person p;Student s1;Student s2;cout << p._count << endl;return 0;
}

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子类的构造必须调用父类的构造函数来完成，所以这里的结果为 3。

二、多继承及菱形继承

一个类同时具有多个类的特征。

（1）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。
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（2）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。
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（3）菱形继承

菱形继承是多继承的一种特殊情况。
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1、菱形继承的问题

数据的冗余性，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。
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#include<iostream>
using namespace std;
class Person
{
public:string _name; // 姓名int _age;
};
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()
{Assistant as;as.Teacher::_age = 18;as.Student::_age = 30;return 0;
}

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。这样会有二义性无法明确知道访问的是哪一个。

2、虚拟继承

修改菱形继承的问题。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 的继承 Person 时使用虚拟继承，即添加关键字 virtual 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。

class Student : virtual public Person
{
protected:int _num; //学号
};
class Teacher : virtual public Person
{
protected:int _id; // 职工编号
};

3、virtual 的原理

菱形继承

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:int _a;
};
// class B : public A
class B :  public A
{
public:int _b;
};
// class C : public A
class C :  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;
}

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菱形虚拟继承

#include<iostream>
using namespace std;
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;
}