C++中的继承-阿里云开发者社区

继承的概念及定义

继承概念

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。

例如：

在日常生活中我们有许多常见的案例具有继承的特性

比如老师是人，学生也是人

下面代码就是student和teacher类都继承了person类，它们都是person的派生类

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
};

继承定义

定义格式

例如上面的代码：

person是父类，同时也被称为基类，teacher和student都是子类，也被称为派生类，此外他们还有一个继承方式的概念：

其实继承方式的概念就是三个类的访问限定符号，只不过作用不同了，下面来介绍一下：

继承关系和访问限定符

关于继承方式对于派生类有以下的限制：

他就类似于一个权限的缩小

public继承：

基类中所有 public 成员在派生类中为 public 属性；
基类中所有 protected 成员在派生类中为 protected 属性；
基类中所有 private 成员在派生类中不能使用。

protected继承：

基类中的所有 public 成员在派生类中为 protected 属性；
基类中的所有 protected 成员在派生类中为 protected 属性；
基类中的所有 private 成员在派生类中不能使用。

private继承：

基类中的所有 public 成员在派生类中均为 private 属性；
基类中的所有 protected 成员在派生类中均为 private 属性；
基类中的所有 private 成员在派生类中不能使用。

可能大家对于protected和private的区别有疑惑：

其实二者是有很大的区别的，如果希望基类的成员既不向外暴露（不能通过对象访问），还能在派生类中使用，那么只能声明为 protected，而private则是只能在自己本身的类中使用的

下面做一个小总结：

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。
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。

基类和派生类对象赋值转换

1 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。这里有个形象的说法叫切片或者切割。寓意把派生类中父类那部分切来赋值过去。

2 基类对象不能赋值给派生类对象。

3 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。（ps：这个我们后面再讲解，这里先了解一下）

但是大家注意，切割并不是把派生类衍生出来的部分丢掉，只是在赋值的时候将其基类部分切片赋值而已

class Person
{
protected:
    string _name; // 姓名
    string _sex;  // 性别
    int _age; // 年龄
};
class Student : public Person
{
public:
    int _No; // 学号
};
void Test()
{
    Student sobj;
    // 1.子类对象可以赋值给父类对象/指针/引用
    Person pobj = sobj;
    Person* pp = &sobj;
    Person& rp = sobj;
    //2.基类对象不能赋值给派生类对象
    //sobj = pobj;
    // 3.基类的指针可以通过强制类型转换赋值给派生类的指针
    pp = &sobj;
    Student * ps1 = (Student*)pp; // 这种情况转换时可以的。将父类person类中的成员强制类型转换
    ps1->_No = 10;
    //pp = &pobj;
    //Student* ps2 = (Student*)pp; // 这种情况转换时虽然可以，但是会存在越界访问的问题
    //ps2->_No = 10;
}

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。

例如以下代码：

如果直接打印_num的话就是子类中的_num，父类中的_num被隐藏了

// Student的_num和Person的_num构成隐藏关系，可以看出这样代码虽然能跑，但是非常容易混淆
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;
    }
protected:
    int _num = 999; // 学号
};
void Test()
{
    Student s1;
    s1.Print();
};
int main()
{
    Test();
}

函数隐藏：

// 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 i)
  {
    A::fun();
    cout << "func(int i)->" << i << endl;
  }
};
void Test()
{
  B b;
  b.fun(10);
};
int main()
{
  Test();
}

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？

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。

我们用一段简单的代码来测试一下就知道了：

class A
{
public:
  void fun()
  {
    cout << "func()" << endl;
  }
  A()
  {
    cout << "A()" << endl;
  }
  ~A()
  {
    cout << "~A()" << endl;
  }
};
class B : public A
{
public:
  void fun(int i)
  {
    A::fun();
    cout << "func(int i)->" << i << endl;
  }
  B()
  {
    cout << "B()" << endl;
  }
  ~B()
  {
    cout << "~B()" << endl;
  }
};
void Test()
{
  B b;
};
int main()
{
  Test();
}

通过代码测试我们发现，构造一个新的B对象，首先调用了A的构造函数，然后调用B的构造函数，析构函数则是先调用B的析构函数，然后再调用A的析构函数

继承与友元

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

例如下面这段代码：

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;
}
void main()
{
  Person p;
  Student s;
  Display(p, s);
}

这段代码就不能编译通过，因为友元函数diplay不能访问子类的这两个成员

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

静态成员在一些地方有应用，例如：

要统计下面子类创建了多少个子类对象，就有以下这种办法

我们在子类中定义一个静态成员count（注意静态成员要在类外面初始化），然后将他放入父类的构造函数中，最后输出即可

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
};
void TestPerson()
{
  Student s1;
  Student s2;
  Student s3;
  Graduate s4;
  cout << " 人数 :" << Person::_count << endl;
  Student::_count = 0;
  cout << " 人数 :" << Person::_count << endl;
}
int main()
{
  TestPerson();
}

输出结果如下：

一共创建了四个对象

复杂的菱形继承及菱形虚拟继承

其实咱们的继承一共分为两种：单继承和多继承

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

然而在多继承的情况下产生了一种特别坑的继承关系，我们管他叫菱形继承，菱形继承是多继承的一种特殊情况

为什么说菱形继承是个坑呢？

因为从菱形继承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。

结合代码的成员，我们画个图简单地理解一下：

class Person
{
public:
  string _name; // 姓名
};
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
};
void Test()
{
  // 这样会有二义性无法明确知道访问的是哪一个
  Assistant a;
  a._name = "peter";
  // 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
  a.Student::_name = "xxx";
  a.Teacher::_name = "yyy";
}

而为了解决我们的数据冗余的问题我们就想出来一个办法：

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，只有在菱形继承时使用。

虚拟继承的使用方法如下：

在继承方式前加上关键字virtual

class Person
{
public:
  string _name; // 姓名
};
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
};
void Test()
{
  Assistant a;
  a._name = "peter";
}

虚拟继承的原理

其实这个原理的讲解很复杂，博主的知识讲解能力有限，所以只给出结论：

它在继承之后并不会创造出两个基类成员来给派生类继承，而是在派生类中记录两个偏移量，大小为从派生类继承的基类成员的地址到真正的基类成员地址的偏移量大小，被放在最后一次继承的派生类的末尾

继承和组合

1 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。

2 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。

3 优先使用对象组合，而不是类继承 。

4 继承允许你根据基类的实现来定义派生类的实现。这种通过生成派生类的复用通常被称为白箱复用(white-box reuse)。术语“白箱”是相对可视性而言：在继承方式中，基类的内部细节对子类可见。继承一定程度破坏了基类的封装，基类的改变，对派生类有很大的影响。派生类和基类间的依赖关系很强，耦合度高。

5 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。

6 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。

例如：

// Car和BMW Car和Benz构成is-a的关系
class Car {
protected:
    string _colour = "白色"; // 颜色
    string _num = "陕ABIT00"; // 车牌号
};
class BMW : public Car {
public:
    void Drive() { cout << "好开-操控" << endl; }
};
class Benz : public Car {
public:
    void Drive() { cout << "好坐-舒适" << endl; }
};
// Tire和Car构成has-a的关系
class Tire {
protected:
    string _brand = "Michelin";  // 品牌
    size_t _size = 17;         // 尺寸
};
class Car {
protected:
    string _colour = "白色"; // 颜色
    string _num = "陕ABIT00"; // 车牌号
    Tire _t; // 轮胎
};

好了，今天的分享到这里就结束了，感谢大家的支持！

C++中的继承