继承的概念及定义

继承的概念

继承的定义

定义格式

继承基类成员访问方式的变化

基类和派生类对象赋值转换

子类对象可以赋值给父类对象/指针/引用

派生类对象赋值给基类的对象

派生类对象赋值给基类的指针

派生类对象赋值给基类的引用

继承中的作用域

派生类的默认成员函数

派生类的默认生成的构造函数

派生类的默认生成的析构函数

派生类的默认生成的拷贝构造函数

派生类的默认生成的operator =

继承与友元

继承与静态成员

复杂的菱形继承及菱形虚拟继承

复杂的菱形继承问题

菱形虚拟继承解决

虚拟继承可以解决菱形继承的二义性和数据冗余的问题。

虚拟继承解决数据冗余和二义性的原理

继承的总结和反思

继承和组合

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。

以研究生可以作为学生与老师为例：

当研究生老师与学生时，可以用Student类、Teacher类记录信息，但是：名字、年龄……肯定都是一样的。所以，如果在Student类、Teacher类中都列一遍成员变量，这就会重复，难免是对空间的浪费。

于是，写三个类：Postgraduate类、Student类、Teacher类。利用继承的方式在Postgraduate类中写共有的成员变量。

继承的意义：是类设计层次的复用。

继承的定义

定义格式

继承的定义格式如下：

Postgraduate类是父亲类，也称作基类。
Student类是子类、Teacher类是子类，也称作派生类。

class Postgraduate {
public:
	int _age = 0; //年龄
};

class Student : public Postgraduate {
public:
	int _stuid = 0; //学号
};

class Teacher : public Postgraduate {
public:
	int _teaid = 0; //工号
};

继承后，父类Postgraduate的成员，包括成员函数和成员变量，都会变成子类的一部分。

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. 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。

Note：

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。

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。 protected保护成员限定符就是因继承才出现的。

#include<iostream>
using namespace std;
class A {
protected:
	int _a;
};

class B : public A {
	void test() { _a = 1; } //correct
};

int main() {
	B b1;
	b1._a; //error 不可见 -> 派生类外不能访问
	return 0;
}

3. 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。

Note：

不可见：B类继承了A类，B类复用A类中的成员。虽然B中的成员对A中的所有成员复用了，但是，对于基类的public成员，无论以什么方式继承到派生类对象中，都是不可见的。即，语法上都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。

#include<iostream>
using namespace std;
class A {
private:
	int _a;
};

class B : public A {
	void test() { _a = 1; } //error 不可见 -> 派生类里不能访问
};

int main() {
	B b1;
	b1._a; //error 不可见 -> 派生类外不能访问
	return 0;
}

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。

#include<iostream>
using namespace std;
class A {
public:
	int _a;
};

class B1 : A { }; //默认的继承方式是private
struct B2 : A { }; //默认的继承方式是public

int main() {
	B1 b1;
	B2 b2;
	b1._a = 1; //error  -(根据表)-> 派生类的private成员
	b2._a = 1; //correct  -(根据表)-> 派生类的public成员
	return 0;
}

基类和派生类对象赋值转换

子类对象可以赋值给父类对象/指针/引用

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。

class Postgraduate {
public:
	int _age = 0; //年龄
};

class Student : public Postgraduate {
public:
	int _stuid = 0; //学号
};

void test() {
	Student s;
	//子类对象可以赋值给父类对象/指针/引用
	Postgraduate pobj = s;
	Postgraduate* pp = &s;
	Postgraduate& rp = s;
}

派生类对象赋值给基类的对象

派生类对象赋值给基类的指针

派生类对象赋值给基类的引用

Note：

基类对象不能赋值给派生类对象。基类的指针可以通过强制类型转换赋值给派生类的指针，但是此时基类的指针必须是指向派生类的对象才是安全的。

class Postgraduate {
public:
	int _age = 0; //年龄
};

class Student : public Postgraduate {
public:
	int _stuid = 0; //学号
};

void test() {
	Postgraduate p;
	//基类对象不能赋值给派生类对象
	Student s = p; //error
}

class Postgraduate {
public:
	int _age = 0; //年龄
};

class Student : public Postgraduate {
public:
	int _stuid = 0; //学号
};

void test() {
	Student s;
	Postgraduate* pp = &s;
	Postgraduate& rp = s;

	Student* ps = (Student*)&pp;
	Student& rs = (Student&)rp;
}

继承中的作用域

在继承体系中基类和派生类都有独立的作用域。如果：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）

Note:

如果是成员函数的隐藏，只需要函数名相同就构成隐藏。所以，注意在实际中在继承体系里面最好不要定义同名的成员。

// Postgraduate中的Func和Student中的Func不是构成重载，因为不是在同一作用域。
// Postgraduate中的Func和Student中的Func构成隐藏，成员函数满足函数名相同就构成隐藏。
class Postgraduate {
public:
	void Func() { cout << _name << endl; }
	int _name = 10;
};

class Student : public Postgraduate {
public:
	int _name = 100;

	void Func() { cout << _name << endl; }
	void Func_s() { cout << _name << endl; }
	void Func_p1() { cout << Postgraduate::_name << endl; }
};

int main() {
	Student s;
	s.Postgraduate::Func(); //输出10
	s.Func_s(); //输出100
	s.Func_p1(); //输出10

	cout << s._name << endl; //输出100
	cout << s.Postgraduate::_name << endl; //输出10
	return 0;
}

Note：(为什么不是形成函数重载？)
继承后，父类Postgraduate的成员，包括成员函数和成员变量，都会变成子类的一部分。但是，父类中的 Func函数和子类中的 Func函数并不会构成函数重载，因为函数重载要求两个函数在同一作用域，而此时这两个 Func函数并不在同一作用域。

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，现在研究在派生类中，这几个成员函数是如何生成的？

首先，我们须知继承是在栈中实例化。在栈上就要符合栈的特性：

派生类的默认生成的构造函数

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。

class Postgraduate {
public:
	int _age; //年龄
    //没有默认构造函数
	Postgraduate(int n) {
		cout << "Postgraduate" << endl;
	}
};
class Student : public Postgraduate {
public:
	int _stuid = 0; //学号
	Student()
		:Postgraduate(0) //必须在派生类构造函数的初始化列表显示调用
	{
		cout << "Student" << endl;
	}
};
int main(){
	Student s;
	return 0;
}

派生类的默认生成的析构函数

class Postgraduate {
public:
	int _age = 0; //年龄
	~Postgraduate() {
		cout << "~Postgraduate()" << endl;
	}
};
class Student : public Postgraduate {
public:
	int _stuid = 0; //学号
	~Student() {
		Postgraduate::~Postgraduate();
	}
};
int main(){
	Student s;
	return 0;
}

派生类对象析构函数会在结束时自行调用基类析构函数，所以会有两个基类析构函数的调用。

派生类对象析构清理先调用派生类析构再调基类的析构（但这样的顺序）。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。

派生类的默认生成的拷贝构造函数

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。如果基类没有默认的拷贝构造函数，则必须在派生类拷贝构造函数的初始化列表阶段显示调用。

class Postgraduate {
public:
	int _age = 0; //年龄
	//拷贝构造函数
	Postgraduate(const Postgraduate& p)
		:_age(p._age)
	{
		cout << "Person(const Person& p)" << endl; //验证是否调用
	}
};
class Student : public Postgraduate {
public:
	int _stuid = 0; //学号
	//拷贝构造函数
	Student(const Student& p)
		:Postgraduate(p)
		,_stuid(p._stuid)
	{
		cout << "Student(const Student& p)" << endl; //验证是否调用
	}
};

派生类的默认生成的operator =

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

class Postgraduate {
public:
	int _age = 0; //年龄
	//赋值运算符重载函数
	Postgraduate& operator=(const Postgraduate& p)
	{
		cout << "Postgraduate::operator=" << endl;//验证是否调用
		_age = p._age;//完成基类成员的赋值
		return *this;
	}
};
class Student : public Postgraduate {
public:
	int _stuid = 0; //学号

	//赋值运算符重载函数
	Student& operator=(const Student& s)
	{
		cout << "Student::operator=" << endl; //验证是否调用
		Postgraduate::operator=(s); //调用基类的operator=完成基类成员的赋值
		_stuid = s._stuid; //完成派生类成员的赋值
		return *this;
	}
};

继承与友元

友元关系不能继承，也就是基类的友元可以访问基类的私有和保护成员，而基类友元不能访问派生类的私有和保护成员。

#include<string>
#include<iostream>
using namespace std;

class Student;//声明有Student类

class Postgraduate{
public:
	friend void Display(const Postgraduate& p, const Student& s);
protected:
	int _age = 0; //年龄
};

class Student : public Postgraduate {
protected:
	int _stuid = 0; //学号
};

void Display(const Postgraduate& p, const Student& s){
	cout << p._age << endl; //输出0
	cout << s._stuid << endl; //error - 无法访问protected修饰的对象
}

int main(){
	Postgraduate p;
	Student s;
	Display(p, s);
	return 0;
}

若想基类的友元函数访问派生类的私有和保护成员，需要在派生类中对该函数也进行友元声明。

class Student : public Postgraduate {
	friend void Display(const Postgraduate& p, const Student& s);
protected:
	int _stuid = 0; //学号
};

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。

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;

class Person
{
public:
	Person() { ++_count; }
	static int _count; // 统计人的个数。
};
int Person::_count = 0;
class Student : public Person { /* …… */ };
class Graduate : public Student { /* …… */ };

int main() {
	Student s1;
	Student s2;
	Student s3;
	Graduate s4;
	cout << " 人数 :" << Person::_count << endl; //输出： 人数 :4
	Student::_count = 0;
	cout << " 人数 :" << Person::_count << endl; //输出： 人数: 0

	return 0;
}

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。

复杂的菱形继承问题

菱形继承的问题：菱形继承会导致数据冗余和二义性的问题。（下面是对象成员模型构造的菱形继承）

class person {
public:
	int age = 1; //年龄
};

class Student : public person {
public:
	int _stuid = 2; //学号
};

class Teacher : public person {
public:
	int _teaid = 3; //工号
};

class Postgraduate : public Student, public Teacher {
public:
	int a = 4;
};

int main() {
	Postgraduate p;
	return 0;
}

菱形虚拟继承解决

虚拟继承可以解决菱形继承的二义性和数据冗余的问题。

class person {
public:
	int age = 1; //年龄
};

class Student : virtual public person {
public:
	int _stuid = 2; //学号
};

class Teacher : virtual public person {
public:
	int _teaid = 3; //工号
};

class Postgraduate : public Student, public Teacher {
public:
	int a = 4;
};

int main() {
	Postgraduate p;
	return 0;
}

虚拟继承解决数据冗余和二义性的原理

虚基表中包含三个数据：

第一个数据：是为多态的虚表预留的存偏移量的位置（多态再涉及，此处可以不管）。

第二个数据：是当前类对象位置距离公共虚基类的偏移量。

第二个数据：VS编译器的设定，最后一个地址为0x00 00 00 00。

在Student类或Theacher类范围中访问时：这两个指针经过一系列的计算，最终都可以找到成员。

继承的总结和反思

C++语言之所以复杂，继承就是其中的原因之一，而继承之所以复杂就是因为存在菱形继承，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，所以后来的编程语言很多都没有多继承，如Java。）

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

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。
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。
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。类之间的关系可以用继承，可以用组合，就用组合。