1.继承的概念和定义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TeacherStudent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。我们可以将这些公共的成员都放到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前面的public表示共有继承这个等下讲classPerson{public:// 进⼊校园/图书馆/实验室刷⼆维码等⾝份认证voidindentity(){coutvoid identity() _nameendl;}protected:string _name张三;//姓名string _address;//地址string _tel;//电话int_age18;//年龄};classStudent:publicPerson{public://学习voidstudy(){//...}protected:int_stuid;//学号};classTeacher:publicPerson{public://授课voidteaching(){//...}protected:string title;//职称};1.2继承定义1.2.1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)1.2.2继承基类成员访问方式的变化基类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。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 protectedprivate。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。1.3继承类模板基类是类模板时需要指定一下类域否则会提示找不到标识符因为stack实例化时也实例化了vector但模板是按需实例化的push_back等成员函数并未实例化所以会提示找不到新版编译器在模板实例化这块会检查那些不依赖于模板的依赖于模板的不会进行检查老版本则就是实例化的时候才检查反之不检查//继承类模板namespacewsj{templateclassT//继承方式记得写classstack:publicstd::vectorT{public:voidpush(constTx){// 基类是类模板的时候需要指定类域使用// 因为模板是按需实例化的vectorT::push_back(x);//push_back(x);//错误写法}voidpop(){vectorT::pop();}constTtop(){returnvectorT::back();}boolempty(){returnvectorT::empty();}};}2.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其原因是因为基类的指针或者引用可能指向的就是派生类而派生类自己指向自己或者引用自己是没问题的。dynamic_cast会识别指针是指向父类还是子类的如果指向子类则转换成功指向父类则转换失败不过他要求父类是多态类型后面再细讲这里简单了解一下。classPerson{//虚函数virtualvoidfunc(){}public:string _name;// 姓名string _sex;// 性别int_age;// 年龄};classStudent:publicPerson{public:int_No;// 学号};intmain(){Student sobj;// 1.子类对象可以赋值给父类对象/指针/引用Person pobjsobj;Person*ppsobj;Personrpsobj;//修改父类引用就是修改子类里的内容rp._name张三;inti1;doubledi;//这里说明派生类赋值给基类的过程不是类型转换因为类型转换会产生临时变量//而临时变脸具有常性所以引用临时变量需要加constconstdoublerdi;//2.父类对象不能赋值给子类对象这里会编译报错//sobj (Student)pobj;//3.强转//强转都会成功dynamic_cast则会检查Student*ptr(Student*)pp;//dynamic_cast会识别指针是指向父类还是子类的//如果指向子类则转换成功指向父类则转换失败//不过他要求父类是多态类型后面再细讲这里简单了解一下Student*ps1dynamic_castStudent*(pp);//转换成功coutps1endl;pppobj;Student*ps2dynamic_castStudent*(pp);//转换失败coutps2endl;return0;}3.继承中的作用域3.1隐藏规则在继承体系中基类和派⽣类都有独⽴的作⽤域。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。因为成员函数构成重载的条件之一是重载函数必须存在于同一作用域而基类和派生类都有独立的作用域注意在实际中在继承体系⾥⾯最好不要定义同名的成员。classPerson{public:voidfun(){coutfunc()endl;}protected:int_num111;// ⾝份证号};classStudent:publicPerson{public:voidfun(inti){coutfunc(int i)iendl;}voidPrint(){//派生类会将基类的同名变量进行隐藏需要指定类访问cout学号:_numendl;cout身份证号:Person::_numendl;}protected:int_num999;// 学号};intmain(){Student s1;s1.Print();//同名成员函数构成的是隐藏因为存在于不同的作用域需要指定类域访问s1.fun(10);s1.Person::fun();return0;};4.派生类的默认成员函数4.1四个常见的成员函数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。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。需要注意的是不管是否在派生类中显示写构造、析构、拷贝构造函数都会调用基类的这些相关函数8. 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。意思就是如果不对基类和派生类的析构函数做特殊处理编译器会将两者的析构函数都处理成destructor()因为函数名相同所以两者的析构函数构成隐藏注意父类没有默认构造的话才需要在子类的构造函数的初始化链表显示调用子类和父类的operator构成隐藏关系如果有需要深拷贝的资源才需要自己实现拷贝构造和赋值运算析构函数会被特殊处理成destuctor()所以子类和父类的析构函数构成隐藏关系不需要在子类的析构函数中调用父类的析构函数编译器会在子类析构函数之后自动调用父类的析构函数这样可以保证先子后父。//四个常见的默认成员函数//构造、拷贝构造、赋值、析构classPerson{public://父类有默认构造的话子类的构造函数的初始化链表不需要显示调用//Person(const char* name peter)Person(constchar*name):_name(name){coutPerson()endl;}Person(constPersonp):_name(p._name){coutPerson(const Person p)endl;}Personoperator(constPersonp){coutPerson operator(const Person p)endl;if(this!p)_namep._name;return*this;}~Person(){cout~Person()endl;}protected:string _name;// 姓名};classStudent:publicPerson{public:// 默认生成的构造函数// 1、内置类型不确定// 2、自定义类型调用其默认构造// 3、父类调用父类的默认构造// 父类没有默认构造才需要在子类的初始化链表显示调用// 父类是被继承的是最先声明的会先初始化Student(constchar*name,intnum,constchar*addrss):Person(name),_num(num),_addrss(addrss){}// 严格说Student默认生成的拷贝构造就够用了// 如果有需要深拷贝的资源才需要自己实现Student(constStudents)// Person(const Person p),基类与派生类之间的转换// public继承的派⽣类对象可以赋值给基类的指针/基类的引⽤。:Person(s),_num(s._num),_addrss(s._addrss){}// 严格说Student默认生成的赋值运算就够用了// 如果有需要深拷贝的资源才需要自己实现Studentoperator(constStudents){if(this!s){//父类和子类的operaotr构成隐藏关系Person::operator(s);_nums._num;_addrsss._addrss;}return*this;}// 严格说Student默认生成的析构就够用了// 如果有需要显示释放的资源才需要自己实现~Student(){// 析构函数都会被特殊处理成destructor()从而构成隐藏关系// 规定不需要显示调用父类的析构函数子类析构函数之后会自动调用父类析构// 这样保证析构顺序先子后父显示调用取决于实现的人不能保证先子后父// 尽管显示写了子类析构之后依旧会自动调用父类的析构函数//从而造成重复析构的问题//Person::~Person();//delete _ptr;}protected:int_num1;//学号string _addrss福建省莆田市;//地址//int* ptr new int[10];};intmain(){Students1(阿辛,10,福建省);Students2(s1);Students3(一一,11,西安);s3s2;return0;}4.2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2C11新增了⼀个final关键字final修改基类派⽣类就不能继承了。final表示这个类是最终类最终类无法被继承// C98的方法classBase{private:Base(){}};// C11的方法classBasefinal{public:Base(){}};classDerive:publicBase{};5.继承和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即父类的友元不是子类的友元。解决方法在子类中也声明友元//前置声明classStudent;classPerson{public:friendvoidDisplay(constPersonp,constStudents);protected:string _name张三;};classStudent{public:friendvoidDisplay(constPersonp,constStudents);protected:string _stuNum1212;};voidDisplay(constPersonp,constStudents){coutp._nameendl;couts._stuNumendl;}intmain(){Person p;Student s;Display(p,s);return0;}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。⽆论派⽣出多少个派⽣类都只有⼀个static成员实例。classPerson{public:string _name;staticint_count;};intPerson::_count11;classStudent:publicPerson{};intmain(){Person p;Student s;// 非静态成员_name地址不一样// 说明子类继承下来了父类和子类对象各有一份coutp._nameendl;couts._nameendl;// 静态成员_count地址一样// 说明子类和派生类共用一份静态成员coutp._countendl;couts._countendl;coutp._countendl;couts._countendl;// 公有情况下指定类域可以访问成员coutPerson::_countendl;coutStudent::_countendl;return0;}7.多继承及其菱形继承问题7.1继承模型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。菱形继承会造成数据冗余和二义性的问题比如下面Assistant继承了Student和Teacher,这两者又都继承了Person都有一份_name这两个_name不是同一份是独立的这造成我们想访问_name得先指定类域。classPerson{public:string _name;};classStudent:publicPerson{protected:int_num;};classTeacher:publicPerson{protected:int_id;};classAssistant:publicStudent,publicTeacher{protected:string _majorCourse;};intmain(){Assistant a;// _name访问不明确//a._name peter;//需要指定类域使用a.Student::_namexxx;a.Teacher::_nameyyy;return0;}7.2虚继承很多⼈说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虚继承即在菱形继承的时候对父类的所有直接派生类的继承方式前加上virtual关键字这样可以使得所有子类只保留一份实例从而消除数据冗余及二义性classPerson{public:string _name;};classStudent:virtualpublicPerson{protected:int_num;};classTeacher:virtualpublicPerson{protected:int_id;};classAssistant:publicStudent,publicTeacher{protected:string _majorCourse;};intmain(){Assistant a;a._namepeter;return0;}下图也属于菱形继承要想使得其变成需继承则需要在父类的所有派生类的继承方式前加上关键字virtual7.3多继承中指针偏移问题下⾯说法正确的是CAp1p2p3 Bp1p2p3 Cp1p3!p2 Dp1!p2!p3这题涉及多继承和基类和派生类间的转换基类和派生类间的转换:派生类可以赋值给基类的对象/指针/引用这些都只会指向基类原本的那一部分多继承多个父类在子类内存中出现的顺序是谁先继承谁在前面假如下题中的多继承顺序是class Derive : public Base2, public Base1那答案则是p1p3!p2classBase1{public:int_b1;};classBase2{public:int_b2;};classDerive:publicBase1,publicBase2{public:int_d;};intmain(){Derive d;Base1*p1d;Base2*p2d;Derive*p3d;return0;}8.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-boxreuse)。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-boxreuse)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。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。// 继承templateclassTclassstack:publicstd::vectorT{};// 组合templateclassTclassstack{public:vectorT_v;};简而言之继承的耦合度高组合的耦合度低我们写代码的时候追求高内聚低耦合因此在继承和组合方式都能用的情况下我们应该优先选择组合高内聚让模块 “做好一件事”提升自身的完整性和可维护性。低耦合让模块 “独立工作”减少对外部的依赖和影响。