C++学习笔记（21）——继承

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1. 继承的概念及定义

1.1 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.

简而言之，不是无条件复用就叫继承。
继承是复用的特殊情况，复用的权限做了分层。

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1.2 继承定义

1.2.1 定义格式

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

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1.2.2 继承关系和访问限定符

继承关系和访问限定符

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1.2.3 继承基类成员访问方式的变化

继承基类成员访问方式的变化

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继承的概念

基类就是父类，派生类就是子类；

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。

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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。
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，就定义为protected。可以看出保护成员限定符是因继承才出现的。
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。
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。

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2. 基类和派生类对象赋值转换

1. 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(Run—Time 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）
2. 基类对象不能赋值给派生类对象。
3. 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。

简而言之：子类可以赋值给父类，因为子类赋值的时候可以对准唯一的父类按图索骥把父类的值找出来后赋值，反过来子类成千上万不唯一，父类不知道找哪个子类赋值；父类不能赋值给子类。换言之，继承的赋值方向受限制；

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这张图里面子类Student将自己的切片_name,_sex,_age三个值赋值给了它的父类Person的_name,_sex,_age。而_NO不是父类元素，因此不接收子类值。

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3.继承中的作用域

子类调用父类成员不能自动调用需要我们手动写明，子类调用父类的成员需要显示调用，类似于匿名对象。

1. 在继承体系中基类和派生类都有独立的作用域。
2. 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）注意，隐藏是说子类确实携带了父类的函数，但是子类一般情况下不能用。
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。
4. 注意在实际中在继承体系里面最好不要定义同名的成员;

   简而言之，子类和父类的函数只要同名，不论参数如何，子类都率先用自己的函数，除非特别指明了要父类的函数；即父类子类可以有同名成员，子类用到自己的成员时默认情况下是直接访问子类的成员，可以看作是子类的成员把父类的同名成员隐藏了。

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4.派生类的默认成员函数

子类继承父类，其成员函数的继承的是使用权继承。
父类是土壤，子类是作物，我们不主动做区分编译器就会把父类和子类当一个整体；

子类的6个默认成员函数，构造函数如果父类有就先用父类的，父类没有就必须自己显示写一个；拷贝构造、operator=必须父类给；释放空间时先启动子类的析构，在启动父类的析构；

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知识点：派生类中6个默认成员函数是如何生成的呢?

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？

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。

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。拷贝时我们需要把子类里面父类的那一部分拷贝出来，这时候子类赋值给父类，就会生成一个只含有父类值的对象，我们拿这个对象去做初始化。即，父类起到一个筛选的功能。

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

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。

5. 派生类对象初始化先调用基类构造再调派生类构造。

6. 派生类对象析构清理先调用派生类析构再调基类的析构。

7. 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。

8. 

   默认成员函数的作用顺序：构造时先父后子，析构时先子后父。这样的顺序可以在构造时为子类的产生提供条件，在析构时确保子类析构时触发可能的一些父类的存储函数以存储子类的一些永久数据；

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知识点：如何建立一个不能被继承的类？

答：将构造函数私有（使得其他对象永远使用其构造以初始化)或使用final，明确说明不能被继承。

5.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 。即，友元类必须手动一个个写。

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6. 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 ，其地址是相同的。即，静态成员变量就像是祖传宅基地。

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7.复杂的菱形继承及菱形虚拟继承

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。

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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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菱形继承

菱形继承是多继承的一种特殊情况。

菱形继承的问题

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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虚拟继承

1. 虚拟继承可以解决菱形继承的二义性和数据冗余的问题。
2. 虚拟继承解决数据冗余和二义性的原理
   为了研究虚拟继承原理，我们给出了一个简化的菱形继承继承体系，再借助内存窗口观察对象成员的模型。

下图是菱形继承的内存对象成员模型：这里可以看到数据冗余

下图是菱形虚拟继承的内存对象成员模型：这里可以分析出D对象中将A放到的了对象组成的最下面，这个A同时属于B和C，那么B和C如何去找到公共的A呢？这里是通过了B和C的两个指针，指向的一张表。这两个指针叫虚基表指针，这两个表叫虚基表。虚基表中存的偏移量。通过偏移量可以找到下面的A

需要注意的是，虚拟继承不要在其他地方去使用。虚继承可读性不高，尽可能不要使用虚继承。

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8.继承的总结和反思

1. 很多人说C++语法复杂，其实多继承就是一个体现。有了多继承，就存在菱形继承，有了菱形继承就有菱形虚拟继承，底层实现就很复杂。所以一般不建议设计出多继承，一定不要设计出菱形继承。否则在复杂度及性能上都有问题。
2. 多继承可以认为是C++的缺陷之一，很多后来的OO语言都没有多继承，如Java。
3. 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。
   优先使用对象组合，而不是类继承。

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9.继承与组合——耦合性

继承的缺陷——高耦合

继承经常牵一发而动全身。

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。

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组合针对继承缺陷的改进——低耦合

组合更加模块化。

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。

在实践中尽量多去用组合。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。

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10.继承的底层原理

编译器编译的步骤:

源文件——stack.c、stack.cpp、test.cpp

1. 预处理——stcak.i、test.i
   宏替换等
   头文件的展开

2. 编译——stack.s、tsst.s
   检查语法生成汇编代码

3. 汇编——stack.o、test.o
   汇编码转换成二进制机器码

4. 链接——a.out
   合并文件

ps. 继承的声明与定义需要注意

1. 声明会找到后面的定义，将后面的定义“填充”到声明处；
2. 如果声明和定义分离会出现不可实例化问题；
3. inlcude< stack.hpp >声明和定义分离就写到一个文件内就可以了，因为.h里面不止有声明还有定义。这样一来编译时就可以找到地址；
4. 最好直接定义，不要声明和定义分离;