C++继承
内容导读
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内容图文
C++继承
1.继承的概念及定义
1.1继承的概念
继承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。
class Person
{
public:
void Print()
{
cout << _name << endl;
cout << _age << endl;
}
protected:
string _name = "jack";
int _age = 20;
};
class Student : public Person
{
protected:
int _stuid;
};
int main()
{
Student s;
s.Print();
return 0;
}
继承后父类的Person的成员都会变成子类的一部分,这里体现出了Student复用了Person的成员,调用Print可以看到成员函数的复用。
1.2继承定义
1.2.1定义格式
// 派生类 继承方式 基类
class Student : public Person
{
protected:
int _stuid;
};
1.2.2继承关系的访问限定符
继承方式:public继承、protected继承、private继承。
访问限定符:public访问、protected访问、private访问。
1.2.3继承基类成员访问方式的变化
1.2.4总结
a.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的对象中,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。
b.基类private成员在派生类中是不能被访问,如果基类成员不行在类外直接被访问,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因继承才出现的。
c.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的。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)。
d.使用关键字class是默认的继承方式是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。
e.在实际运用中一般使用都是public继承,几乎很少使用protected/private继承,也不提倡使用protected/private继承,因为protected/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。
2.基类和派生类对象赋值转换
派生类对象可以赋值给基类的对象/基类的指针/基类的拷贝,这里有个形象的说法叫做切片或者切割,意寓把派生类中父类那部分切出来赋值过去。
基类对象不能给派生类对象。
基类的指针可以通过强制类型转换赋值给派生类的指针,但是必须是基类的指针是指向派生类对象时才是安全的。
int main()
{
Student s;
Person p1 = s;
Person* p2 = &s;
Person& p3 = s;
Student* s1 = (Student*)p2;
return 0;
}
3.继承中的作用域
a.在继承体系中基类和派生类都有独立的作用域。
b.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。
c.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。
d.注意在实际中在继承体系里面最好不要定义同名的成员。
class Person
{
protected:
string _name = "jack";
int _age = 20;
};
class Student : public Person
{
public:
void Print()
{
cout << _name << endl;
cout << _age << endl;
}
protected:
int _age = 21;
};
int main()
{
Student s;
s.Print();
return 0;
}
Student和Person中的_age构成隐藏关系,这样代码虽然可以运行,但是非常容易混淆。
class A
{
public:
void func()
{
cout << "func()" << endl;
}
};
class B : public A
{
public:
void func(int i)
{
cout << "func(int)" << endl;
}
};
//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。
int main()
{
B b;
b.func(1);
return 0;
}
4.派生类的默认成员函数
a.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。
b.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。
c.派生类的operator=必须要调用基类的operator=完成基类的复制。
d.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。
e.派生类对象初始化先调用基类构造再调派生类构造。
f.派生类对象析构清理先调用派生类析构再调用基类析构。
class Person
{
public:
Person(const char* name = "jack")
:_name(name)
{}
Person(const Person& p)
:_name(p._name)
{}
Person& operator=(const Person& p)
{
if (this != &p)
{
_name = p._name;
}
return *this;
}
~Person()
{
_name = "";
}
protected:
string _name;
};
class Student : public Person
{
public:
Student(const char* name = "jack", int id = 111)
:Person(name)
, _id(id)
{}
Student(const Student& s)
:Person(s)
, _id(s._id)
{}
Student& operator=(const Student& s)
{
if (this != &s)
{
Person::operator=(s);
_id = s._id;
}
return *this;
}
~Student()
{
_id = 0;
}
protected:
int _id;
};
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。
class Person
{
public:
friend void func();
protected:
string _name;
};
class Student : public Person
{
public:
friend void func();
protected:
int _id;
};
void func()
{
cout << "func()" << endl;
}
6.继承与静态成员
基类定义的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。
class Person
{
public:
static int _num;
protected:
string _name;
};
int Person::_num = 0;
class Student : public Person
{
protected:
int _id;
};
int main()
{
Student s;
Student::_num = 10;
cout << Person::_num << endl;
}
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。
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
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D的对象中A成员会有两份。
class A
{
protected:
int _a;
};
class B : public A
{
protected:
int _b;
};
class C : public A
{
protected:
int _c;
};
class D : public B, public C
{
protected:
int _D;
};
int main()
{
D d;
//这样会有二义性无法明确知道访问的是哪一个
//d._a = 10;
//需要显示指定访问哪个父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
d.B::_a = 10;
d.C::_a = 20;
return 0;
}
虚拟继承可以解决菱形继承的二义性和数据冗余的问题。如上面的继承关系,在B和C的继承A时使用虚拟继承,即可解决问题。需要注意的是,虚拟继承不要在其他地方去使用。
class A
{
public:
int _a;
};
class B : virtual public A
{
public:
int _b;
};
class C : virtual public A
{
public:
int _c;
};
class D : public B, public C
{
public:
int _d;
};
int main()
{
D d;
d._a = 10;
return 0;
}
它的原理是,在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。
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。多继承可以认为是C++的缺陷之一。
2.继承和组合
//继承
//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。白箱复用。
class A
{
public:
int _a;
};
class B : public A
{
public:
int _b;
};
//组合
//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。黑箱复用。
class C
{
public:
int _c;
};
class D
{
public:
int _d;
C _c;
};
实际尽量多去用组合。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。如果类之间的关系既可以用继承还可以用组合,就用组合。
内容总结
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