深入剖析【C++继承】：单一继承与多重继承的策略与实践，解锁代码复用和多态的编程精髓，迈向高级C++编程之旅

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目录

继承的概念及定义

继承的概念

继承定义

定义格式

继承基类成员访问⽅式的变化

继承类模板

基类和派⽣类间的转换

继承中的作⽤域

隐藏规则

成员函数的隐藏

考察继承【作⽤域相关选择题】

派⽣类的默认成员函数

4个常⻅默认成员函数

实现一个不能被继承的类

 继承与友元

继承与静态成员

 多继承及其菱形继承问题（了解一下就是）

 继承模型（了解一下就行）

虚继承（了解一下就行）

 IO库中的菱形虚拟继承（有兴趣可以看一下）

多继承中指针偏移问题

继承和组合

低耦合和高耦合

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C++中的继承是面向对象编程（OOP）的一个核心概念，它允许一个类（称为派生类或子类）继承另一个类（称为基类或父类）的属性和方法。继承促进了代码的重用性和扩展性。

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，它允许我们在保持原有 类特性的基础上进⾏扩展，增加⽅法(成员函数)和属性(成员变量)，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。以前我们接触的函数层次的 复⽤，继承是类设计层次的复⽤。

下⾯我们看到没有继承之前我们设计了两个类Student和Teacher，Student和Teacher都有姓名/地址/ 电话/年龄等成员变量，都有identity⾝份认证的成员函数，设计到两个类⾥⾯就是冗余的。当然他们 也有⼀些不同的成员变量和函数，⽐如⽼师独有成员变量是职称，学⽣的独有成员变量是学号；学⽣ 的独有成员函数是学习，⽼师的独有成员函数是授课。

下面我们可以看到，有2个类，一个是学生，一个是老师。

没有继承之前，进入校园，姓名，地址，电话，年龄都是一样的。

#include<iostream>
using namespace std;class Student//学生
{
public:// 进⼊校园/图书馆/实验室刷⼆维码等⾝份认证 void identity(){// ...}// 学习 void study(){// ...}protected:string _name = "peter"; // 姓名 string _address;        // 地址 string _tel;            // 电话 int _age = 18;          // 年龄 int _stuid;             // 学号 };class Teacher//老师
{
public:// 进⼊校园/图书馆/实验室刷⼆维码等⾝份认证 void identity(){// ...}// 授课 void teaching(){//...}protected:string _name = "张三"; // 姓名 int _age = 18;         // 年龄 string _address;       // 地址 string _tel;           // 电话 string _title;         // 职称 };int main()
{return 0;
}

下⾯我们公共的成员都放到Person类中，Student和teacher都继承Person，就可以复⽤这些成员，就 不需要重复定义了，省去了很多⿇烦。

就比如说学生和老师都个有一份Person的成员和函数。

#include<iostream>
using namespace std;
//Personclass Person
{
public:// 进⼊校园/图书馆/实验室刷⼆维码等⾝份认证 void identity(){// ...}
protected:string _name = "peter"; // 姓名 string _address;        // 地址 string _tel;            // 电话 int _age = 18;          // 年龄 
};//学生
class Student:Person//继承Person
{
public:// 学习 void study(){// ...}protected:int _stuid;             // 学号 };//老师
class Teacher:Person//继承Person
{
public:// 授课 void teaching(){//...}protected:string _title;         // 职称 };int main()
{return 0;
}

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继承定义

定义格式

下⾯我们看到Person是基类，也称作⽗类。Student是派⽣类，也称作⼦类。(因为翻译的原因，所以 既叫基类/派⽣类，也叫⽗类/⼦类)

继承方式：

1.public：公有继承，基类的公有成员和保护成员在派生类中保持原有访问权限，基类的私有成员不可直接访问。

2.protected：保护继承，基类的公有成员和保护成员在派生类中变为保护成员，基类的私有成员不可直接访问。

3.private：私有继承，基类的公有成员和保护成员在派生类中变为私有成员，基类的私有成员不可直接访问。

继承基类成员访问⽅式的变化

 1. 基类private成员在派⽣类中⽆论以什么⽅式继承都是不可⻅的。这⾥的不可⻅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，基类的私有成员在派⽣类都是不可⻅。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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继承类模板

模版是按需实例化,vector的push_back还没实例化，需要的时候才实例化。

不写vector<T>的话，push_back就找不到了，因为没有实例化。

namespace bit
{template<class T>//继承vector,直接调用vector的成员函数，来完成stack栈class stack : vector<T>{public://入栈void push(const T& x){// 基类是类模板时，需要指定⼀下类域， // 否则编译报错:error C3861: “push_back”: 找不到标识符 // 因为stack<int>实例化时，也实例化vector<int>了 // 但是模版是按需实例化，push_back等成员函数未实例化，所以找不到 vector<T>::push_back(x);//push_back(x);}//出栈void pop(){vector<T>::pop_back();}//取栈顶const T& top(){return vector<T>::back();}//判断是不是空bool empty(){return vector<T>::empty();}//有效元素个数int size(){return vector<T>::size();}};
}int main() 
{bit::stack<int> s1;s1.push(1);s1.push(2);s1.push(3);s1.push(4);cout << "size:" << s1.size() << endl;while (!s1.empty()){cout << s1.top() << endl;s1.pop();}return 0;
}

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基类和派⽣类间的转换

• public继承的派⽣类对象可以赋值给基类的指针 / 基类的引⽤。这⾥有个形象的说法叫切⽚或者切 割。寓意把派⽣类中基类那部分切出来，基类指针或引⽤指向的是派⽣类中切出来的基类那部分。
• 基类对象不能赋值给派⽣类对象。
• 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：这个我们后⾯类型转换章节再 单独专⻔讲解，这⾥先提⼀下）

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把double赋值给int 会产生临时对象。

string也一样11111也会产生临时对象给s2。

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这个不会产生临时对象。

可以说编译器会特殊处理，不会产生临时对象。

pp这里是指针会指向基类的那一部分。

nn是引用会变成基类那一部分的别名。

派生类对象是通过拷贝构造来完成赋值的。

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 基类对象不能赋值给派生类对象。

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继承中的作⽤域

隐藏规则

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。 （在派⽣类成员函数中，可以使⽤ 基类::基类成员 显⽰访问）

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。

下面我们可以看到，基类和派生类都有同名变量，编译器会隐藏基类的_num。

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我们只需要显⽰访问，就可以访问到基类的_num成员了。

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// 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 _st = "李4"; // 姓名 int _num = 99;      //年龄
};class Student : public Person
{
public:void print(){cout << "姓名:" << _st << endl;cout << "年龄:" << _num << endl;}
protected:int _num = 10; //年龄
};
int main()
{Student s1;s1.print();return 0;
}

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成员函数的隐藏

不显示访问的话，编译器会隐藏基类的print，想调用基类的print，就要显示写了

class Person
{
public:void print(){cout << "您好" << endl;}
protected:string _st = "李4"; // 姓名 int _num = 99;      //年龄
};class Student : public Person
{
public:void print(){cout << "姓名:" << _st << endl;cout << "年龄:" << Person::_num << endl;}
protected:int _num = 10; //年龄
};
int main()
{Student s1;s1.Person::print();return 0;
}

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考察继承【作⽤域相关选择题】

1.A和B类中的两个func构成什么关系（）答案是：B

A.  重载  B. 隐藏  C.没关系 

只有在同一个类里才会构成重载。

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2.下⾯程序的编译运⾏结果是什么（）答案是：A

A. 编译报错  B. 运⾏报错  C. 正常运⾏ 

应该要显示写，不然编译器找不到。

class A
{
public:void fun(){cout << "func()" << endl;}
};
class B : public A
{
public:void fun(int i){cout << "func(int i)" <<i<<endl;}
};
int main()
{B b;b.fun(10);b.fun();return 0;
};

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派⽣类的默认成员函数

4个常⻅默认成员函数

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？

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. 派⽣类的拷⻉构造函数必须调⽤基类的拷⻉构造完成基类的拷⻉初始化。

3. 派⽣类的operator=必须要调⽤基类的operator=完成基类的复制。需要注意的是派⽣类的 operator=隐藏了基类的operator=，所以显⽰调⽤基类的operator=，需要指定基类作⽤域。

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. 因为多态中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(这个我们多态章节会讲 解)。那么编译器会对析构函数名进⾏特殊处理，处理成destructor()，所以基类析构函数不加 virtual的情况下，派⽣类析构函数和基类析构函数构成隐藏关系。

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 构造函数我们不写的话，编译器会自动生成默认的构造，默认生成的构造，初始化哪些成员变量，数值都是不确定的，都有可能是随机值。

派生类会先构造Person，再构造自己的成员。

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拷贝构造，先调用Person(s)，s是派生类传给基类的引用会形成切割，把s的基里切割出来，给s2的基类。

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这里函数名相同，构成隐藏，所以需要显示调用。

class Person
{
public:Person(const char* name = "peter"): _name(name){cout << "Person()" << endl;}Person(const Person& p): _name(p._name){cout << "Person(const Person& p)" << endl;}Person& operator=(const Person& p){cout << "Person operator=(const Person& p)" << endl;if (this != &p)_name = p._name;return *this;}~Person(){cout << "~Person()" << endl;}
protected:string _name; // 姓名
};
class Student : public Person
{
public:Student(const char* name, int num): Person(name), _num(num){cout << "Student()" << endl;}Student(const Student& s): Person(s), _num(s._num){cout << "Student(const Student& s)" << endl;}Student& operator = (const Student& s){cout << "Student& operator= (const Student& s)" << endl;if (this != &s){// 构成隐藏，所以需要显⽰调⽤Person::operator =(s);_num = s._num;}return *this;}~Student(){cout << "~Student()" << endl;}
protected:int _num; //学号
};
int main()
{Student s1("jack", 18);Student s2(s1);Student s3("rose", 17);s1 = s3;return 0;
}

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实现一个不能被继承的类

⽅法1：基类的构造函数私有，派⽣类的构成必须调⽤基类的构造函数，但是基类的构成函数私有化以后，派⽣类看不⻅就不能调⽤了，那么派⽣类就⽆法实例化出对象。
⽅法2：C++11新增了⼀个final关键字，final修改基类，派⽣类就不能继承了。

// C++11的⽅法
class Base final
{
public:void func5() { cout << "Base::func5" << endl; }
protected:int a = 1;
private:// C++98的⽅法/*Base(){}*/
};
class Derive :public Base
{void func4() { cout << "Derive::func4" << endl; }
protected:int b = 2;
};int main()
{Base b;Derive d;return 0;
}

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 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派⽣类私有和保护成员 。

我们可以看到Display是Person的友元，但不是Student的友元，无法访问Student的成员。

举个例子：你爸爸的朋友是你朋友吗？

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;
}int main()
{Person p;Student s;// 编译报错：error C2248: “Student::_stuNum”: ⽆法访问 protected 成员// 解决⽅案：Display也变成Student 的友元即可Display(p, s);return 0;
}

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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。⽆论派⽣出多少个派⽣类，都只有⼀个static成员实例。

我们可以看到，static静态成员它们的地址都是一样的。

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 多继承及其菱形继承问题（了解一下就是）

 继承模型（了解一下就行）

多继承实践当中非常少用。

单继承：⼀个派⽣类只有⼀个直接基类时称这个继承关系为单继承
多继承：⼀个派⽣类有两个或以上直接基类时称这个继承关系为多继承，多继承对象在内存中的模型是，先继承的基类在前⾯，后⾯继承的基类在后⾯，派⽣类成员在放到最后⾯。

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。⽀持多继承就⼀定会有菱形继承，像Java就直接不⽀持多继承，规避掉了这⾥的问题，所以实践中我们也是不建议设计出菱形继承这样的模型的。

下面这个也是单继承。

单继承：⼀个派⽣类只有⼀个直接基类时称这个继承关系为单继承。

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下面这个才是多继承 。

多继承：⼀个派⽣类有两个或以上直接基类时称这个继承关系为多继承，多继承对象在内存中的模型是，先继承的基类在前⾯，后⾯继承的基类在后⾯，派⽣类成员在放到最后⾯。

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 多继承最大的坑，就是菱形继承。

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。⽀持多继承就⼀定会有菱形继承，像Java就直接不⽀持多继承，规避掉了这⾥的问题，所以实践中我们也是不建议设计出菱形继承这样的模型的。

下面我们可以看到，Student和Teacher分别继承了Person，假设Person有成员变量或成员函数，

Assistant就有2份Person的成员变量和成员函数了。

数据冗余就是有2份或以上的相同数据。

⼆义性就是访问的时候不知道访问的是谁。

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下面就是一个二义性的问题。
有2份_name，编译器不知道访问那个，所以编译报错：error C2385: 对“_name”的访问不明确 。

我们显示指定访问那个基类的成员就可以暂时解决二义性问题了。

但是数据冗余无法解决。

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 
};
int main()
{// 编译报错：error C2385: 对“_name”的访问不明确 Assistant a;a._name = "aaaaa";// 需要显⽰指定访问哪个基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 = "xxxx";a.Teacher::_name = "yyyy";return 0;
}

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虚继承（了解一下就行）

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，性能也会有⼀些损失，所以最好不要设计出菱形继承。多继承可 以认为是C++的缺陷之⼀，后来的⼀些编程语⾔都没有多继承，如Java。

虚继承关键字：virtual

虚继承可以解决数据冗余和二义性问题

使用虚继承后，Person类就会单独提取出来，这样Teache和Student用的就是同一份了。

就不会出现数据冗余和二义性问题了。

注意：虚继承解决了数据冗余和二义性问题但是底层实现就很复杂，性能也会有⼀些损失，所以最好不要设计出菱形继承。

所以不建议设计出菱形继承。

我们可以设计出多继承，但是不建议设计出菱形继承，因为菱形虚拟继承以后，⽆论是使⽤还是底层 都会复杂很多。当然有多继承语法⽀持，就⼀定存在会设计出菱形继承，像Java是不⽀持多继承的， 就避开了菱形继承。

 那到底是张三还是李四还是王五呢？

 其实只初始化了王五，Teacher和Student的构造不会调用Person了。

 IO库中的菱形虚拟继承（有兴趣可以看一下）

 源码：

template<class CharT, class Traits = std::char_traits<CharT>>
class basic_ostream : virtual public std::basic_ios<CharT, Traits>
{};
template<class CharT, class Traits = std::char_traits<CharT>>
class basic_istream : virtual public std::basic_ios<CharT, Traits>
{};

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多继承中指针偏移问题

下⾯说法正确的是()

A：p1 == p2 == p3       B：p1 < p2 < p3    C：p1 == p3 != p2    D：p1 != p2 != p3

下面分别把d的地址给p1,p2,p3 。

class Base1 { public: int _b1; };
class Base2 { public: int _b2; };
class Derive : public Base1, public Base2 { public: int _d; };
int main()
{Derive d;Base1* p1 = &d;Base2* p2 = &d;Derive* p3 = &d;return 0;
}

讲解：Derive d有下面这3部分，类的对象的特点是，先声明的在前面，也是先继承的在前面。

p1是指针会指向Base1基类的那一部分。

p2是指针会指向Base2基类的那一部分。

所以p1和p3是相等的。

答案：C

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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。
• 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，基类的内部细节对派⽣类可 ⻅ 。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。
• 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。这种复⽤⻛格被称为⿊箱复⽤(black-box reuse)， 因为对象的内部细节是不可⻅的。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。
• 实践当中建议优先使⽤组合，⽽不是继承。实际尽量多去⽤组合，组合的耦合度低，代码维护性好。不过也不太 那么绝对，类之间的关系就适合继承(is-a)那就⽤继承，另外要实现多态，也必须要继承。类之间的 关系既适合⽤继承(is-a)也适合组合(has-a)，就⽤组合。

就是让一个类去复用一个类。

下面这个就是一个组合B组合了A，B对象中有⼀个A对象。

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低耦合和高耦合

低耦合：就是类和类之间的关联度低，就是低耦合。

高耦合：就是类和类之间的关联度高，就是高耦合。

举个例子：在公司里有上百万行代码，一百多人维护每个人都负责维护一些模块，如果哪些模块关联度非常高，一个人修改代码，有可能50多人也会跟着改，这种就是高耦合，低耦合就是一个人修改代码，5个人跟着改。

在继承里如果把基类的成员变量或函数进行修改，派生类也会受到影响。

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is-a关系用继承。

has-a关系用组合。

像车继承轮胎是不是不太合理，所以用组合。

植物和花这种就是经典的is-a关系，所以用继承。

// Tire(轮胎)和Car(⻋)更符合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"; // ⻋牌号 Tire _t1; // 轮胎 Tire _t2; // 轮胎 Tire _t3; // 轮胎 Tire _t4; // 轮胎 
};
class BMW : public Car {
public:void Drive() { cout << "好开-操控" << endl; }
};
// Car和BMW/Benz更符合is-a的关系 
class Benz : public Car {
public:void Drive() { cout << "好坐-舒适" << endl; }
};
template<class T>
class vector
{};
// stack和vector的关系，既符合is-a，也符合has-a 
template<class T>
class stack : public vector<T>
{};
template<class T>
class stack
{
public:vector<T> _v;
};
int main()
{return 0;
}