C++ 中的继承详解(上)

目录

1、继承的概念及定义

1.1、继承的概念

1.2、继承定义

1.2.1、定义格式

1.2.2、继承方式

1.2.3、继承基类成员访问方式的变化

2、基类和派生类对象赋值转换

3、继承中的作用域

4、派生类的默认成员函数

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补充：封装的层次(实际上有很多层的，这里只写两层)
第一层：数据和方法放到一起，把想给你访问的定义成公有，不想给你访问的定义成私有和保护。
第二层：把一个类型放到另一个类型里面，通过 typedef 或 成员函数 调整，封装出另一个全新的类型 (例如反向迭代器、栈、队列)。

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”。

简单说就是：假设有好多个类，它们即有着一些属性相同的成员，又有着一些自己属性独特的成员，此时为了避免代码冗余，便将这些属性相同的成员都抽出来放到一个类里，这个类就称之为父类(基类)，而原本的这些类就称之为派生类(子类)。

总结：类的继承就是类成员设计的复用。

举个栗子：

class Person
{
public:void Print(){cout << "name:" << _name << endl;cout << "age:" << _age << endl;}protected:string _name = "peter"; // 姓名int _age = 18;			// 年龄
};// 继承后父类的Person的成员(成员函数+成员变量)都会变成子类的一部分。
// 这里体现出了Student和Teacher复用了Person的成员。
// 通过监视窗口查看Student和Teacher对象，可以看到变量的复用。调用Print可以看到成员函数的复用。class Student : public Person
{
protected:int _stuid; // 学号
};class Teacher : public Person
{
protected:int _jobid; // 工号
};void Test()
{Student s;Teacher t;s.Print();t.Print();
}

1.2、继承定义

1.2.1、定义格式

继承的定义格式：

1.2.2、继承方式

public继承

protected继承

private继承

1.2.3、继承基类成员访问方式的变化

类成员 / 继承方式	public继承	protected继承	private继承
基类的public成员	派生类的public成员	派生类的protected成员	派生类的private成员
基类的protected成员	派生类的protected成员	派生类的protected成员	派生类的private成员
基类的private成员	在派生类中不可见	在派生类中不可见	在派生类中不可见

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直接访问它(可以间接访问，比如在父类中写个get成员函数去获取私有成员...)。

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。-- 没有继承的话，甚至可以没有保护protected

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。 --注：这里的 min(成员在基类的访问限定符，继承方式) 就是取两者中的更小者

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。

举个栗子：

实例演示三种继承关系下基类成员的各类型成员访问关系的变化  

class Person2
{
public: // 直接给你的钱void Print(){cout << _name << endl;cout << _age << endl;}protected: string _name; // 姓名
private: // 私房钱，你不能直接用，但可以间接用int _age;	  // 年龄
};// class Student : protected Person
// class Student : private Person
class Student2 : public Person2
{
protected:int _stunum; // 学号
};void Test2()
{Student2 s;s.Print();
}

总结：推荐到继承之后类里就尽量使用公有public或保护protected，除非你有特殊的需求，否则一般不再用私有private了。

2、基类和派生类对象赋值转换

注：有个前提，公有继承才可以进行这些赋值转换的操作

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。

注：可以认为每一个子类都是一个特殊的父类。

注：切割/切片赋值兼容 (赋值兼容简单一点理解就是编译器对此进行了特殊处理) 不产生临时对象。

注：该过程，子类的中的内置类型会直接赋值给父类相应的内置类型，自定义类型则会去调用相关的成员函数(拷贝构造、赋值)。

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(Run - Time Type Information)的 dynamic_cast 来进行识别后进行安全转换。

举个栗子：

class Person3
{
public:string _name; // 姓名string _sex;  // 性别int _age;	  // 年龄
};
class Student3 : public Person3
{
public:int _No; // 学号
};
void Test3()
{Student3 sobj;// 1.子类对象可以赋值给父类对象/指针/引用Person3 pobj = sobj;Person3 *pp = &sobj;Person3 &rp = sobj; // 这一句代码就证明了 切割/切片赋值兼容 不产生临时对象// 这里的 rp 是子类中继承于父类的那一部分的别名，是可以通过它修改子类的内容的rp._age = 10;cout << sobj._age << endl;// 因为正常的隐式类型转换是会产生临时对象的，你使用&，前面就需要加const，因为临时对象具有常性// ex：const string &s = "hello world";// 不加const会报错// 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Person3 *pp1 = &sobj; // 指向子类的指针Student3 *ps1 = (Student3 *)pp1; // 这种情况转换是可以的。ps1->_No = 10;Person3 *pp2 = &pobj; // 指向父类的指针Student3 *ps2 = (Student3 *)pp2; // 这种情况转换虽然可以，但是会存在越界访问的问题ps2->_No = 10; // 虽然这里编译不会报错，但实际上是有着越界访问的问题的
}

3、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. 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)
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。

举个栗子：

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 Person4
{
protected:string _name = "小李子"; // 姓名int _num = 666;			 // 身份证号
};
class Student4 : public Person4
{
public:void Print(){cout << " 姓名:" << _name << endl;cout << " 身份证号:" << Person4::_num << endl;cout << " 学号:" << _num << endl;}protected:int _num = 999; // 学号
};
// 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 Test4()
{Student4 s4;s4.Print();B b;b.fun(10);b.A::fun(); // 如果你想在外面显示调被隐藏的 成员函数/变量，就这样写
};

补充：如果派生类的成员和基类的成员构成了隐藏，此时用派生类的对象去调用这个成员，编译器会先去派生类中找，找不到了再去基类中找，都找不到就报错。

4、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？

1. 派生类的构造函数会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基类的构造函数。
2. 派生类的拷贝构造函数会调用基类的拷贝构造完成基类的拷贝初始化。
3. 派生类的 operator = 会调用基类的 operator = 完成基类的赋值。
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。原因：因为在子类的析构函数中还是能显示访问父类的成员(当父类的成员不都是private的时候)，所以父类不能先析构了
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。那么编译器会对子类和父类的析构函数名都进行特殊处理，处理成destructor()，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会构成隐藏关系。

举个栗子：

class Person5
{
public:Person5(const char *name = "peter"): _name(name){cout << "Person5()" << endl;}Person5(const Person5 &p): _name(p._name){cout << "Person5(const Person5& p)" << endl;}Person5 &operator=(const Person5 &p){cout << "Person5 operator=(const Person5& p)" << endl;if (this != &p)_name = p._name;return *this;}~Person5(){cout << "~Person5()" << endl;}protected:string _name; // 姓名
};class Student5 : public Person5
{
public:Student5(const char* name, int num) // 如果基类没有合适的默认构造，这里就需要你显示写派生类的构造函数，并在初始化列表的部分去显示调用基类的构造函数: Person5::Person5(name) 				// 这里的显示调用跟 类与对象(下) 中的自定义成员变量在初始化列表显示写时的形式上有点不一样，要注意了// 这里也可以这样写 Person5::Person5(name) 有点像是在给匿名对象进行初始化, _num(num){cout << "Student5()" << endl;}Student5(const Student5& s): Person5::Person5(s) // 必须显示调，虽然不显示调，也能正常运行，但是得到的结果就不是你想要的了。// 注：这里也可以这样写 Person5(s)// 你不显示调，它这里会去走 Person5 的 构造函数，而不是 拷贝构造函数// 注：这一点对于所有成员变量中有其他自定义成员变量的类(不管是继承有的，还是显示写的)都是一样的, _num(s._num){cout << "Student5(const Student5& s)" << endl;}Student5 &operator=(const Student5 &s){cout << "Student5& operator= (const Student5& s)" << endl;if (this != &s){Person5::operator=(s);_num = s._num;}return *this;}// 因为后续多态的一些需要，子类和父类的析构函数名都会被编译器处理成destructor()，这导致子类的析构也会隐藏父类的析构(这里挺奇怪的，毕竟这两个类的析构函数名字可不一样)~Student5(){// ~Person5(); // 这样写会报错Person5::~Person5(); // 这样写才对cout << "~Student5()" << endl;}protected:int _num; // 学号
};
void Test5()
{Student5 s1("jack", 18);Student5 s2(s1);// cout << s2._name << endl;Student5 s3("rose", 17);s1 = s3;
}

总结：

• 构造时：先调用 基类构造函数() 再调用 派生类构造函数() -- 先父后子
• 析构时：先调用 派生类析构函数() 再调用 基类析构函数() -- 先子后父