C++中的继承机制

继承

面向对象三大特性：封装，继承，多态。继承这里时刻牢记一个类继承了父类时，这个类中==既有自己的成员，也有来自父类的成员！==如何统筹协调这两类成员就是继承的性质。

这些面向对象的特性是针对所有 面向对象程序语言 的！并不是特指C++，这里只是学习C++中面向对象特性的实现。

1. 再次理解封装

封装的第一层理解：封装成类后加上访问限定符，是一种==更严格的管理方式！==同时也可以很好的做到解耦。

封装的第二层理解：STL迭代器的设计。对容器的底层结构进行封装，在不暴露底层数据结构的情况下，给用户提供统一的访问方式，降低使用成本。

封装的第三层理解：STL中的适配器模式。通过对底层容器的封装适配得到需要的其他容器；通过对正向迭代器的封装得到反向迭代器。

2. 继承的基本知识

1. 基本概念

继承是面向对象程序设计中代码复用的重要手段！是 类 设计层次的复用。

// 每个人都有name和tel,就把这些共有的属性提取出来单独设计一个类，其他的类继承我！
class Person        // 父类/基类
{
protected:
  string name_;
  string tel_;
}
class Student : public Person   // 子类/派生类
{
public:
  int stuId_;
  // ...
}
class Teacher : public Person   // 子类/派生类
{
public:
  int TeachId_;
  // ...
}

2. 继承方式

继承方式也有三种：public，protected，private

不可见是指基类的私有成员还是被继承到了派生类中，但是语法上限制==派生类对象不管在类里面还是类外面都无法访问基类的私有成员。==基类的private成员就是为了不让派生类访问修改。

一般而言，基类的访问限定符都是public/protected，继承方式都是public。

3. 基类和派生类对象的赋值转换

在public继承中，派生类的对象可以赋值给基类的对象/基类的指针/基类的引用，并且中间不会产生临时变量。就是把派生类中基类的那部分赋给基类的对象，这叫做切割/切片。这个过程是天然支持的，没有类型转换。

基类的对象不能赋值给派生类的对象。

但是当基类的指针是指向派生类时，这个基类的指针可以 强转后赋值给派生类的指针/引用。

4. 继承中的作用域

基类和派生类有自己独立的作用域。

当基类和派生类中有同名成员(包括成员变量和成员函数)时，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)。对于成员函数也是一样，只要基类和派生类函数名相同就构成隐藏。

隐藏是在不同的作用域中，而函数重载是在同一作用域中。

3. 子类的默认成员函数

在调用子类的构造/拷贝构造函数时，会先自动调用父类的构造/拷贝构造函数对父类的成员进行初始化，然后调用子类的构造/拷贝构造函数进行初始化！

在调用子类的析构函数时，为了保证析构顺序会先调用子类的析构函数清理子类的资源，然后自动调用父类的析构函数清理父类的资源！不需要显示调用！(栈帧后进先出)

而对于赋值重载，则在子类的赋值重载函数中需要显示的调用父类的赋值重载函数。

注意一下：子类和父类的赋值重载函数构成了隐藏 (函数名相同)，所以调用的时候要指定作用域！另外，析构也构成隐藏—实际析构函数是覆盖，参考多态章节。

4. 继承与友元

友元关系不能被继承！也就是说，父类的友元函数不是子类的友元函数，无法访问子类的私有和保护成员。

5. 继承中的静态成员

静态成员在整个继承体系中只有一份，基类和所有的派生类的对象共享，这些对象共用同一个静态成员。

6. 继承与组合的区别

继承是一种 **"is-a"**的关系，可以认为派生类就是一个基类，在基类的基础上多了派生类自己的成员。

而组合是指在一个类中有另一个类对象，这是一种 **"has-a" **的关系—我里面有一个你，也可以做到类的复用。

// 组合示例
class A
{
  // ...
protected:
  int a_;
};
class B : public A
{
  // ...
protected:
  int b_;
  // B类里有一个A类。
  A classA_;
};

这两种方式都是代码复用的做法。但是继承破坏了封装—public继承下 子类也可以访问修改父类的protected成员！所以认为继承是一种白盒复用；而组合就不会破坏代码的封装—B类不能访问修改A类的protected成员，所以认为组合是一种黑盒复用。

而且继承机制中基类和派生类的耦合度更强，组合机制中两个类之间的耦合度就要低一些。

在实际中能用组合就尽量用组合！但是有些情况下只能用继承那就用继承，而且继承配合多态可以使代码的复用性，灵活性更好！

组合的典型应用：STL中的容器适配器，如stack和queue中就有一个deque类，还配合了模板达到泛型编程。

7. 菱形继承与菱形虚拟继承

1. 菱形继承的产生与带来的问题

首先有多继承，比如D类继承B，C两个类！这时若B类和C类都继承自同一个类，就会导致菱形继承。见下图：

// 菱形继承示例
class A
{
  // ...
protected:
  int a_;
};
class B : public A
{
  // ...
protected:
  int b_;
};
class C : public A
{
  // ...
protected:
  int c_;
};
class D : public B,public C
{
  // ...
protected:
  int d_;
};

菱形继承带来的问题：D类中又两份A类的数据—一份是继承B类得到的，一份是继承C类得到的！这就造成了数据冗余和二义性的问题！(有两份A类的数据—数据冗余，D类访问A类的数据时必须指明访问的是哪一个A类的数据—二义性)

2. 菱形继承问题的解决—菱形虚拟继承

采用菱形虚拟继承就可以解决上述问题！

// 菱形虚拟继承示例
class A
{
  // ...
protected:
  int a_;
};
// 虚继承后B对象的存储结构就变了！不直接存A类的数据，而是存虚基表指针
// 当然A类的数据还在B类中，但是是通过虚基表访问的，不是直接访问的！！
class B : virtual public A   // 在这两个位置进行虚继承
{
  // ...
protected:
  int b_;
};
class C : virtual public A   // 在这两个位置进行虚继承
{
  // ...
protected:
  int c_;
};
class D : public B,public C
{
  // ...
protected:
  int d_;
};

在虚继承中，D类里的B类和C类不再存A类的数据，而是存一个虚基表指针，指向虚基表，虚基表里存放A类数据的偏移量，通过偏移量就可以找到同一份A类的数据！！这就解决了数据冗余和二义性的问题！

简单来说，就是把冗余的基类数据放到一个公共的区域(还在D类里)，第一代派生类继承时不存基类的具体数据，而是存一个指针可以找到这个公共区域。其实这个基类的数据变成了临界资源！

在VS下观察如下：

思路：多继承–>菱形继承–>数据冗余和二义性问题–>菱形虚拟继承解决–>具体解决思路(虚基表指针，虚基表存偏移量)

**虚继承后，B对象和C对象的存储结构就已经改变了！！**使用虚基表的方式找A对象。

由于虚继承的复杂，所以实际中尽量避免使用多继承(多继承是菱形继承的根本原因)！！C++标准库中的I/O流就是菱形继承！！