⭐前言：相信许多人人都写过学生管理系统、电商管理系统等等的项目，如果我们去用C++去写，并且用类来封装老师、学生、宿管等等角色的属性，我们就会发现，有不少的属性是相同的，从而会造成代码冗余。比如老师、学生都有姓名、身份证、性别等等的共同属性，这些属性，我们可以使用继承的方法来解决代码冗余的问题！

继承的概念及定义

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。

看下面实例代码：

首先学生和老师都有的共同属性为姓名和年龄，学生自己还有学号，老师则是还有自己的工号。依据这样的信息，我们可以先写出带有共同属性的父类：

classPerson{
public:
voidPrint()
    {
cout<<"name:"<<_name<<endl;
cout<<"age:"<<_age<<endl;
    }
protected:
string_name="peter"; // 姓名int_age=18; // 年龄};

接着，通过继承的方式，学生增加学号的属性，老师增加工号的属性。继承的写法是：

class 子类 ：继承方式 父类

classStudent : publicPerson{
protected:
int_stuid; // 学号};
classTeacher : publicPerson{
protected:
int_jobid; // 工号};

继承后，不仅成员变量可以继承，成员方法也能够继承。

intmain()
{
Students;
Teachert;
s.Print();//继承了父类的成员方法t.Print();//继承了父类的成员方法return0;
}

继承定义

定义的格式：下面我们看到Person是父类，也称作基类。Student是子类，也称作派生类。一般来说，如果称Person称为父类，那么Student就称为子类。如果Person称为基类，那么Student就称为派生类，即叫法配对好，这样才不会显得别扭。

继承方式和限定访问符

继承基类成员访问方式的变化

解析：

①public继承：当子类通过public继承，那么，父类中的public成员就是子类中的public成员，父类中的protected成员就是子类中的protected成员。父类的private私有成员可以被继承，但是看不见.

②protected继承：当子类通过protected继承，那么父类中的public成员和protected成员在子类中都是子类的protected成员。父类的private私有成员可以被继承，但是看不见。

③private继承：当子类通过private继承，那么父类中的那么父类中的private成员和private成员在子类中都是子类的private成员。父类的private私有成员可以被继承，但是看不见。

总结

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。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。也就是说，基类中的私有成员不想给派生类继承。

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,就定义成protected。这里就可以明白了private和protected的区别了吧。private是谁都不能动,protected是给派生类继承的而保护起来的，不能给外人动！这样侧面说了， 可以看出保护成员限定符protected是因继承才出现的。

③实际上面的表格我们进行一下总结会发现，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，也不提倡用protetced/private继承。因为protected/private继承下来的成员都只能在派生类的类里面用,实际中扩展维护性不强。

基类和派生类对象赋值转换

赋值转换针对的是公有继承。赋值转换形象地说法为切片，即把派生类中的部分赋值给基类，并且这个过程中没有类型转换！注意哦，基类不能赋值给派生类！

Person P;
  Student s;
  //派生类对象赋值给基类对象，不存在类型转换
  P = s;

赋值给引用

不存在类型转换意味着没有产生临时变量，没有产生临时变量意味着在基类对象需要引用派生类的对象的时候，不需要加const，当然加上也可以！因为如果两个不同类型的对象进行引用的时候，被引用的变量会发生隐式提升，就会产生临时变量，而临时变量具有常性。

Person P;
  Student s;
  //赋值给引用
  Person& rp = s;
  //const Person& rp = s;

赋值给指针

Person P;
  Student s;
  //赋值给指针
  Person* ptrp = &s;

注：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(RunTime Type Information)的dynamic_cast 来进行识别后进行安全转换。（关于PTTI会在后续关于多态的文章中写出。）

继承中的作用域

⭐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，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）如下实例代码：

Person类的身份证号_num与Student类的学号_num是同名。并且注意到基类_num的用法是通过基类::基类成员 显示访问的。

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
class Person
{
protected:
  string _name = "peter"; // 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;//注意基类的_num的用法
    cout << " 学号:" << _num << endl;
  }
protected:
  int _num = 222; //学号
};
int main()
{
  Student s1;
  s1.Print();
  return 0;
}

⭐3.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。即假如有父类的fun()函数跟子类的fun(int a)函数，fun函数不是构成重载，因为不在同一个类域中，而是构成隐藏！

实例代码如下：

// B中的fun和A中的fun不是构成重载，因为不是在同一作用域
// B中的fun和A中的fun构成隐藏，成员函数满足函数名相同就构成隐藏
class A
{
public:
  void fun()
  {
    cout << "func()" << endl;
  }
};
class B : public A
{
public:
  void fun(int a)
  {
    A::fun();
    cout << "func(int i)->" << a << endl;
  }
protected:
  int _num = 222; //学号
};
int main()
{
  B b1;
  b1.fun();//error,这里编译器报错，因为需要传入一个int类型的参数
  b1.fun(1);//这个才是正确的
  return 0;
}

⭐4.在实际中在继承体系里面最好不要定义同名的成员

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？

我们先在基类中实现构造函数、拷贝构造函数、赋值和析构函数。然后接下来往下走：

class Person
{
public:
  //构造函数
  Person(const char* name = "peter")
    : _name(name)
  {
    cout << "Person()" << endl;
  }
  //拷贝构造函数
  Person(const Person& p)
    : _name(p._name)
  {
    cout<< "Person(const Person& p)" << endl;
  }
  //赋值
  Person& operator=(const Person& p)
  {
    cout << "Person operator=(const Person& p)" << endl;
    if (this != &p)
      _name = p._name;
    return *this;
  }
  //析构函数
  ~Person()
  {
    cout << "~Person()" << endl;
  }
protected:
  string _name; // 姓名
};

⭐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。看下面代码：

class Student : public Person
{
public:
protected:
  int _num;//学号
};
int main()
{
  Student s1;
  return 0;
}

结果如下：

我们发现，派生类中没有调用基类，但是结果中却出现了基类Person中的构造函数和析构函数。这就说明了，派生类中，基类部分的成员由基类去处理，自己的那部分由自己去处理。

因此，如果没有基类的默认构造函数，那就会报错！如下图中，基类的构造函数不是默认的，因此需要派生类中写出构造函数，并且在初始化列表中去调用基类的构造函数。

⭐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。

Student s2(s1);

一样的，我们直接调用拷贝构造，结果如下：

一样的，基类的部分会去调用基类的拷贝构造。如果派生类需要用到深拷贝，这就相对于派生类比起普通类多了一种类型，即基类部分。（三部分：内置类型，自定义类型，基类类型），此时如果需要深拷贝的是父类类型的，那就是去调用父类类型的，如果是自定义类型的就是去调用子类自己的拷贝构造。其实很好想，什么样的类型就去调用什么样的拷贝构造，仅此而已。

那么如何去显示调用基类的拷贝构造呢？在显示调用的时候，是需要传入父类的对象的，但是我们前面说了，子类对象可以进行切片，赋值给父类的！那么就直接传s就行了。

Student(const Student& s)
    :Person(s)
    ,_num(s._num)
  {}

⭐3.派生类的operator=必须要调用基类的operator=完成基类的复制

同样的，基类成员会去调用基类的赋值函数，如果是派生类自己的那就需要调用自己的赋值函数。

因为派生类与基类都有operator=(),因此在调用基类的operator=()的时候，需要指定类域，传入派生类的对象进行切片处理即可！

Student& operator=(const Student& s)
  {
    if (this != &s)
    {
      Person::operator=(s);
      _num = s._num;
    }
  }

⭐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。

派生类的析构函数对于上面三种函数来说，它有点怪，它不需要在显示调用基类的析构函数，基类的析构函数会在派生类析构函数调用完后跟着调用起来！

如果非要去显示调用的话，基类可能会出现对同一空间析构了两次的情况。因为在派生类的析构函数中析构了一次，然后到基类的时候，基类的析构函数又调用了一次，这样就会报错！

~Student()
  {
    //Person::~Person();
  }

对于基类和派生类，它们的构造和析构的顺序是：

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。

继承与友元

一句话：友元关系不能继承，也就是说基类友元不能访问子类私有和保护成员。

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;//error  报错，因为派生类的私有和保护成员不能被基类的友元函数访问
}
void main()
{
  Person p;
  Student s;
  Display(p, s);
}

继承与静态成员

静态成员是属于整个类的，所有类的对象都可以去访问它，它只有 一份，放在了静态区！因此基类定义了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。

对于类和静态成员的补充说明：

class Person
{
public:
  Person() { ++_count; }
  void Print()
  {
    cout << this << endl;
    //cout << _name << endl;   //error，
    cout << _count << endl;
  }
  string _name; // 姓名
public:
  static int _count; // 统计人的个数。
};
int Person::_count = 0;
int main()
{
  Person p;
  Student s;
  Person* ptr = nullptr;
  //cout << ptr->_name << endl;  // no
  ptr->Print();                // ok
  cout << ptr->_count << endl; // ok
  (*ptr).Print();             // ok
  cout << (*ptr)._count << endl; // ok
  return 0;
}

看上面代码：一开始初始化为空的时候，是可以调用上面的Print()函数，而且也能调用静态变量_count。因为静态变量不需要this指针解引用，不管是->还是*号解引用对象，对于静态变量来说都是一个样。而对于成员函数，需要看成员函数内部，如果成员函数内部没有使用类的成员变量，即传进去的this不需要发生解引用，那么就不会发生空指针解引用的问题从而导致程序报错，但是如果使用了成员函数，那么就会发生空指针解引用问题！

多继承

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

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。

多继承本身没啥问题，但是多继承带来了一种特殊的继承方式：菱形继承。菱形继承会导致代码冗余和二义性的问题，这是C++初次设计多继承时留下了的问题。

菱形继承的代码冗余问题：

从上图的菱形继承模型可以看出，Student类和Teacher类同时继承了Person类，也就代表Student类和Teacher类各自保存了Person类可继承成员函数和变量，然后Assistant类继承了Student类和Teacher类，这就导致了Assistant类里面有两份来自Person类的可继承成员函数和变量。

菱形继承的二义性问题：

有了代码冗余的问题，那么就会导致二义性！看下面代码：

class Person
{
public:
  string _name; // 姓名
  // id 家庭住址 身份证号码
};
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
};
// 数据冗余/二义性
int main()
{
  Assistant a;
  a._name = "小张";//error,报错显示：_name不明确
  return 0;
}

Assistant的对象a，调用成员函数_name的时候，由于_name来自Person，而Person是被Student和Teacher继承了，然后自己由继承了它们，所有，这个_name是属于三者之中的谁的？不清楚！

虚拟继承

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。如下面代码：在Student类和Teacher类继承Perosn的继承方式后加上关键字virtual。

class Person
{
public:
  string _name; // 姓名
  // id 家庭住址 身份证号码
};
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
int main()
{
  Assistant a;
  a._name = "小张";
  Teacher t;
  t._name = "张老师";
  Student s;
  s._name = "张三";
  return 0;
}

虚拟继承解决数据冗余和二义性的原理

为了方便研究其原理，我们从下面代码的现象开始研究分析：

class A
{
public:
  int _a;
};
class B : virtual public A  //B虚拟继承A
{
public:
  int _b;
};
class C : virtual public A  //C虚拟继承A
{
public:
  int _c;
};
class D : public B, public C //D继承B和C
{
public:
  int _d;
};
int main()
{
  D d;
  d._b = 1;
  d._c = 2;
  d._d = 3;
  d.B::_a = 4;
  d.C::_a = 5;
  d._a = 6;
  return 0;
}

在代码中，创建了D的对象d，d分别使用了B类、C类和D类的成员变量，并赋值，然后由分别从B类、C类和D类上使用A类的成员变量。

 通过内存的窗口我们可以看到，在使用虚拟继承后，_a的地址只有一个。接着我们对内存的地址大小做个分析。

在内存的图表中，存在着两个指针，分别是0x00387b48和0x00387154，这两个指针分别指向了虚基表。在虚基表中，我们可以看到两个值，一个是20，一个是12，这两个值叫做偏移量。是B类对象和C类对象需要对_a进行操作的时候，就得通过偏移量+指针后得到的值找到A所在的位置。

比如有下面这样的代码时，偏移量的作用就体现在这里了！B的对象b想要对_a进行操作，那就需要找到A的位置，同样的ptr指向的是b的地址，ptr想要对_a进行解引用操作，也要找到_a。同样的，如果ptr是指向D的对象，那么就需要d的偏移量去找_a。

B b;
  b._a = 1;
  b._b = 2;
  B* ptr = &b;
  ptr->_a = 10;
  ptr->_b = 11;
  ptr = &d;
  ptr->_a = 20;
  ptr->_b = 21;

对继承的总结与反思

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。

举例来说：继承就是动物跟猫的关系，猫是动物，继承了动物这个类。组合则是眼睛跟脑袋，眼睛是整颗脑袋的组合成员之一。

如果是公有继承，那么保护和公有都被继承下来，组合的话只能使用公有的。

因为组合的耦合度低，而继承的耦合度高，因此优先使用组合而不是继承。就好比如Person类有100个成员函数和成员变量，其中80个是保护的，20个是公有的。如果我们使用继承，在后续根据需求需要改Person类中的成员函数或变量，删掉若干个，新增若干个，无论是保护的还是公有的,如果我们使用公有继承，那么，就很容易对子类造成影响，因为100个父类的成员都跟子类有关系嘛。但是如果是组合，组合只能使用被组合类的公有成员函数或变量，如果我们需要修改被组合类，那么对组合的那个类来说，只要不是修改我可以使用的那20个公有的，或者只是修改一点点，造成的影响就会比较低了。

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-box reuse)，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。

总之，实际尽量多去用组合。组合的耦合度低，代码维护性好。不过继承也有用武之地的，有些关系就适合继承那就用继承，另外要实现多态，也必须要继承。类之间的关系可以用继承，可以用组合，就用组合。