【C++语言】继承:类特性的扩展,重要的类复用!

简介: 【C++语言】继承:类特性的扩展,重要的类复用!

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继承

1. 继承的相关概念:

继承: 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。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. 继承的定义:

(1)定义格式:

class 派生类 : 继承方式 基类 {};

(2)访问限定符和继承方式:

继承方式和访问限定符都是:public、protected、private组成。

对于普通类来说,访问限定符中protected和private是一样的,只是类内部访问。但涉及继承的话就有所区别了。或者说protected就是为了继承才出现的。


继承与访问限定符之间是存在密切的联系的:我们可以用权限来排序:public>protected>private。

子类中,父类成员的访问权限的大小,取决于父类访问限定符和继承方式权限最小的那个决定。

比如:


public继承,就保留基类(父类)原有访问限定符修饰,不做任何更改:

  1. public修饰的成员可以被子类或者外部访问。
  2. protected修饰的成员只能被子类访问而不能被外部访问。
  3. private修饰的成员,只有自己内部可以访问。

如果是protected继承:

父类中的 public的成员,在子类对象中,是以 protected的权限来修饰的。因此父类对象,可以外部调用父类public成员,而子类对象,却不能外部调用该继承的成员。

同样道理private继承:

如果是 private继承,则父类所有成员都是私有,子类无法访问,外部也无法访问。这样的继承在实际中,用处很少。

(3)默认继承方式:

为了兼容C语言,默认继承方式和默认访问限定符上,struct和class都是有所区别的:

  • struct: 默认继承方式和默认访问限定符都是public;
  • class: 默认继承方式和默认访问限定符都是private;


3.基类和派生类的关系:

(1)基类和派生类的类型转换过程:

转换过程分为向上转换和向下转换:

1. 向下转换:基类 —> 派生类


  1. 派生类对象不能用基类对象赋值转换:赋值不完全,比如派生类特有的成员属性不能被赋值。
  2. 派生类指针or引用,可以用基类的地址or对象来赋值。


2. 向上转换:派生类 —> 基类


  1. 继承向上转换的过程,会发生赋值兼容,也叫切片或者切割。
  2. 基类对象用派生类对象赋值,是被允许的。
  3. 基类指针or引用,可以派生类地址or对象来赋值 (表示的是:指向派生类中父类部分的地址或别名)。


举个例子:Student对象—>Person对象 其中 _No部分就被切片掉了,Person对象的赋值也是完整的。

(2)作用域:基类和派生类有各自的作用域:

每个类都有自己的作用域,继承中也当然不意外,我是想借着作用域谈论一些问题:

1. 派生类访问基类成员:

  • 成员变量: 如果基类和派生类存在同名情况(重定义),就近原则,访问派生类中的;如果不存在同名情况,派生类中,可以向上查找 (在派生类中没有发现该成员变量,就会自动去基类寻找)
  • 成员函数: 如果函数名相同(重定义),就不会调用基类的函数,哪怕参数不同,也不会去调用,只会报编译错误。比如:基类是func(),派生类是func(int a);调用是func();不会向上找,只会报错。

2. 三大重要概念的区分:

  • 函数重载: 在相同作用域中,两个或多个函数名相同,参数不同的函数,构成函数重载。
  • 重写(覆盖): 分别定义在基类和派生类的同名虚函数,满足函数名、参数、返回值都相同(协同例外)的条件下构成重写,也叫覆盖。(多态会详细说明)
  • 重定义(隐藏) 两函数分别定义在基类和派生类作用域,函数名相同。除去重写就是重定义,也叫隐藏。


4. 派生类的默认成员函数:

5. 友元与静态成员的继承:


(1)友元函数不继承: 就像你父亲的朋友,不一定是你的朋友,需要后期培养(主动声明)。

(2)静态成员继承: 派生类可以使用静态成员,但是静态成员不属于派生类,属于基类。也就是派生类继承不包括静态成员。


6. 多继承:

多继承是C++的大坑语法,Java就吸取教训,没有这么复杂。我们一起来了解下:

(1)正常多继承: 多继承用来描述一些对象的,比如一个对象可能是老师,也是学生,所以同时具有老师和学生的特征。这当然是没问题的,也很符合面向对象的观点。


正常多继承格式:

class 派生类 :继承方式 基类1,继承方式 基类2,··· {};

(2)菱形继承: 一个类通过多个路径继承同一个基类,称为菱形继承。就比如上述举的例子,老师和学生,但在老师类和学生类中,他们都是继承人这个类,所以这个对象在Teacher中有一份Person的基础属性,在Student中又有一份Person的基础属性,比如姓名,性别,身份证。这些东西这个对象只需要一个就可以了。


举例:B、D、E、C构成的菱形继承

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如果按照正常继承的方式继承:我们得到的C对象内部结构如下图:

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  • 菱形继承的问题: 数据冗余和二义性: 存在两份重复基类的成员变量,调用时无法明确调用哪一个,或者说对于这个对象本身,存在两份就是错误的。
  • 解决菱形继承问题: 虚继承。
  • 虚继承效果: 将基类的成员变量单独放置,多存储一个指针,指针指向为当前与基类成员变量的偏移量。若出现菱形继承情况,只存一个基类成员变量,不同派生类更改偏移量即可访问。记录偏移量的指针往往相近,所以被称作“虚基表”,可以存储在代码段(常量区)。


虚继承的格式:

class 派生类 virtual 继承方式 基类 {};

注意:最后继承不能用虚继承。


按照上述方式虚继承,C对象结构如下:

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菱形继承是大坑,除了适合出题,没有其他,在实际过程中,最好是别写菱形继承


7. 组合与继承:

左:组合 ---- 右:继承

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(1)组合:耦合度相对低一些(得到的权限小,关联度低些),两个类之间是has-a的关系;黑盒子:对类成员并不明确;只有public可以访问,只受public函数更改而影响。


(2)继承:耦合度更高(得到的权限大,关联度高些),基类与派生类是is-a的关系;白箱子:对基类结构清楚;public和protected都可访问,更改会受到影响。


8. 两种无法继承的类:

(1)final修饰的类:class 类名 final{};

(2)将类的构造函数和析构函数设为private。


总结

继承是C++的语言的一重大进步,更加的面向对象,但存在一些缺陷,需要避免。


世界还有很多值得探索,所以请 天天开心! 🎈

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