目錄

• • 繼承
  • • 繼承的概念
    • 繼承方式
    • 基類與派生類的賦值轉(zhuǎn)換
    • 作用域與隱藏
    • 派生類的默認(rèn)成員函數(shù)
    • 友元與靜態(tài)成員
    • • 友元
      • 靜態(tài)成員
  • 多繼承
  • • 菱形繼承
    • 虛繼承
  • 繼承和組合
  • • 什么是組合
    • 如何選擇組合和繼承

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繼承

繼承的概念

繼承，是面向?qū)ο笕筇匦灾?#xff0c;是可以使代碼復(fù)用的最重要的手段之一。我們可以在保持原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在對(duì)類的功能進(jìn)行進(jìn)一步的拓展，使得創(chuàng)建和維護(hù)一個(gè)類變得更加的高效和簡單
當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)類時(shí)，我們可以繼承一個(gè)已有類的成員和方法，并且在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行提升，這個(gè)被繼承的類叫做基類，而這個(gè)繼承后新建的類叫做派生類。

繼承的方法很簡單

class [派生類名] : [繼承類型] [基類名]

例如：

class Human { public:Human(string name = "張三", int age = 18) : _name(name), _age(age){}void Print(){cout << "name:" << _name << endl;cout << "age:" << _age << endl;}protected:string _name;int _age; };class Student : public Human { public:Student(string stuNum = "123456") : Human(), _stuNum(stuNum){}void Print(){Human::Print();cout << "stuNum:" << _stuNum << endl;}protected:string _stuNum; };int main() {Human h1;Student s1;h1.Print();cout << endl;s1.Print();return 0; }

這里的派生類Student就復(fù)用了Human的方法和成員，并在里面增加了新內(nèi)容。

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繼承方式

繼承的方式和類的訪問限定符一樣，分為public(公有繼承)，private(私有繼承)， protected(保護(hù)繼承)三種。
不同的繼承方式，在派生類中繼承下來的基類成員的訪問權(quán)限也不一樣。

主要特點(diǎn)就是，繼承之后的成員訪問權(quán)限是選取繼承方式和原有權(quán)限中最私密的那個(gè)。（除原私有成員會(huì)不可見）

原基類的private成員無論以什么方式繼承下來后都是不可見的。不可見并不是沒有繼承，而是在派生類中被隱藏了，無法訪問。

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基類與派生類的賦值轉(zhuǎn)換

派生類可以賦值給基類的對(duì)象、指針或者引用，這樣的賦值也叫做對(duì)象切割。
例如上面的Human類和Student類

從這幅圖可以看出來，當(dāng)把派生類賦值給基類時(shí)，可以通過切割掉多出來的成員如_stuNum的方式來完成賦值。
但是基類對(duì)象如果想賦值給派生類，則不可以，因?yàn)樗荒軕{空多一個(gè)_stuNum成員出來。
但是基類的指針卻可以強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換賦值給派生類對(duì)象， 如:

int main() {Human h1;Student s1;Human* hPtr1 = &s1;//指向派生類對(duì)象Human* hPtr2 = &h1;//指向基類對(duì)象Student* pPtr = (Student*)hPtr1;//沒問題Student* pPtr = (Student*)hPtr2;//有時(shí)候沒有問題，但是會(huì)存在越界風(fēng)險(xiǎn)return 0; }

• 派生類可以賦值給基類的對(duì)象、指針或者引用
• 基類對(duì)象不能賦值給派生類對(duì)象
• 基類的指針可以通過強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換賦值給派生類的指針。但是必須是基類的指針是指向派生類對(duì)象時(shí)才
  是安全的，否則會(huì)存在越界的風(fēng)險(xiǎn)。這里基類如果是多態(tài)類型，可以使用RTT的dynamic_cast來
  進(jìn)行識(shí)別后進(jìn)行安全轉(zhuǎn)換。

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作用域與隱藏

基類和派生類都具有他們各自的作用域，那如果出現(xiàn)同名的成員，此時(shí)會(huì)怎么樣呢？這里就要牽扯到一個(gè)概念——隱藏。

隱藏：隱藏，也叫做重定義，當(dāng)基類和派生類中出現(xiàn)重名的成員時(shí)，派生類就會(huì)將基類的同名成員給隱藏起來，然后使用自己的。（但是隱藏并不意味著就無法訪問，可以通過聲明基類作用域來訪問到隱藏成員。)

class Human { public:Human(string name = "張三", int age = 18) : _name(name), _age(age){}void Print(){cout << "name:" << _name << endl;cout << "age:" << _age << endl;}protected:string _name;int _age; };class Student : public Human { public:Student(string stuNum = "123456") : Human(), _stuNum(stuNum){}void Print(){Human::Print();cout << "stuNum:" << _stuNum << endl;}protected:string _stuNum; };

例如這里的Print就構(gòu)成了隱藏

同時(shí)，這里還有個(gè)需要注意的問題，在基類與派生類中，同名的方法并不能構(gòu)成重載，因?yàn)樘幱诓煌淖饔糜蛑小６灰獫M足方法名相同，就會(huì)構(gòu)成隱藏。

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派生類的默認(rèn)成員函數(shù)

在每一個(gè)類中，都會(huì)有6個(gè)默認(rèn)的成員函數(shù)，這些函數(shù)即使我們自己不去實(shí)現(xiàn)，編譯器也會(huì)幫我們實(shí)現(xiàn)。
之前有寫過
類的默認(rèn)六個(gè)成員函數(shù)

class Human { public:Human(){cout << "Human 構(gòu)造函數(shù)" << endl;}~Human(){cout << "Human 析構(gòu)函數(shù)" << endl;}protected:string _name;int _age; };class Student : public Human { public:Student(){cout << "Student 構(gòu)造函數(shù)" << _name << endl;}~Student(){cout << "Student 析構(gòu)函數(shù)" << endl;} protected:string _stuNum; };int main() {Student s1;return 0; }

可以看到，調(diào)用派生類的默認(rèn)成員函數(shù)時(shí)都會(huì)調(diào)用基類的默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)。

派生類的構(gòu)造函數(shù)必須調(diào)用基類的構(gòu)造函數(shù)初始化基類的那一部分成員。如果基類沒有默認(rèn)的構(gòu)造函 數(shù)，則必須在派生類構(gòu)造函數(shù)的初始化列表階段顯示調(diào)用。

派生類的拷貝構(gòu)造函數(shù)必須調(diào)用基類的拷貝構(gòu)造完成基類的拷貝初始化。

派生類的operator=必須要調(diào)用基類的operator=完成基類的復(fù)制。

派生類的析構(gòu)函數(shù)會(huì)在被調(diào)用完成后自動(dòng)調(diào)用基類的析構(gòu)函數(shù)清理基類成員。因?yàn)檫@樣才能保證派生類 對(duì)象先清理派生類成員再清理基類成員的順序。

派生類對(duì)象初始化先調(diào)用基類構(gòu)造再調(diào)派生類構(gòu)造。

派生類對(duì)象析構(gòu)清理先調(diào)用派生類析構(gòu)再調(diào)基類析構(gòu)

這里還有個(gè)需要注意的地方，在派生類的析構(gòu)函數(shù)中不需要自己去調(diào)用基類的析構(gòu)函數(shù)，編譯器會(huì)在派生類析構(gòu)函數(shù)結(jié)束后自動(dòng)調(diào)用。

~Student(){//~Human();//報(bào)錯(cuò)， 這里基類的析構(gòu)函數(shù)會(huì)被隱藏cout << "Student 析構(gòu)函數(shù)" << endl;}

同時(shí)，在派生類中，基類的析構(gòu)函數(shù)會(huì)被隱藏，雖然它們這里的名字不同，但是為了實(shí)現(xiàn)多態(tài)， 它們都會(huì)被編譯器重命名為destructor。

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友元與靜態(tài)成員

友元

友元關(guān)系是不會(huì)繼承的，可以這樣理解，你長輩的朋友并不是你的朋友，之前的關(guān)系不會(huì)繼承。所以基類的友元不能訪問子類的私有和保護(hù)成員

靜態(tài)成員

無論繼承了多少次，派生了多少子類，靜態(tài)成員在這整個(gè)繼承體系中有且只有一個(gè)。靜態(tài)成員不再單獨(dú)屬于某一個(gè)類亦或者是某一個(gè)對(duì)象，而是屬于這一整個(gè)繼承體系

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多繼承

如果一個(gè)子類同時(shí)繼承兩個(gè)或以上的父類時(shí)，此時(shí)就是多繼承。

多繼承雖然能很好的繼承多個(gè)父類的特性，達(dá)到復(fù)用代碼的效果，但是他也有著很多的隱患，例如菱形繼承的問題，這也就是為什么后期的一些語言如java把多繼承去掉的原因。

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菱形繼承

那么， 什么是菱形繼承呢？這里就舉一個(gè)例子
為了方便觀看我就只保留成員變量

class Human { public:int _age; };class Student : public Human { public:int _stuNum; };class Teacher : public Human { public:int _teaNum; };

這里有著人類，學(xué)生類，老師類。在學(xué)校中，還同時(shí)具有老師和學(xué)生這兩個(gè)屬性的人，也就是助教，助教可能是本科的老師助理，同時(shí)也是研究生或者博士生在讀。所以我們可以讓他同時(shí)繼承teacher類和student類

class Assistant : public Teacher, public Student { };

按照道理來說，各個(gè)類的大小應(yīng)該是這樣的。human類4個(gè)字節(jié)，teacher和student都是8個(gè)字節(jié)，而assistant是12個(gè)字節(jié)。
但是實(shí)際上assistant卻是16字節(jié)

這就是菱形繼承的數(shù)據(jù)冗余和二義性問題的體現(xiàn)。
這里的teacher和student都從human中繼承了相同的成員_age。但是assistant再從teacher和student繼承時(shí)，就分別把這兩個(gè)_age都給繼承了過來，導(dǎo)致這里有了兩個(gè)一樣的成員

這就是數(shù)據(jù)冗余問題。

倘若我們想要給那個(gè)_age賦值

因?yàn)槔锩娲嬖趦蓚€(gè)一樣的_age，這是編譯器就會(huì)報(bào)錯(cuò)通知我們指定的不夠明確。我們還需要指定作用域

這也就是二義性問題。

int main() {Human h;Teacher t;Student s;Assistant a;cout << " Human: " << sizeof(h) << " Teacher: " << sizeof(t) << " Student: " << sizeof(s) << " Assistant: " << sizeof(Assistant) << endl; }

那么怎樣才能解決這個(gè)問題呢，那就得用到虛繼承來解決。

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虛繼承

解決這個(gè)問題很簡單，當(dāng)多個(gè)類繼承同一個(gè)類時(shí)，就在繼承這個(gè)類時(shí)，為其添加一個(gè)虛擬繼承的屬性。
如：

class Student : virtual public Human { public:int _stuNum; };class Teacher : virtual public Human { public:int _teaNum; };

這時(shí)就可以看到，它只繼承了一次。
接下來看看大小

按照道理來說，他應(yīng)該是12字節(jié)，為什么呢？

這里就牽扯到了C++的對(duì)象模型

因?yàn)槲疫€沒有詳細(xì)的了解C++的對(duì)象模型，只是草草的讀了幾篇博客和看了一點(diǎn)點(diǎn)的C++對(duì)象模型中的其中一小節(jié)。所以這里引用一下別的大佬的博客，我再稍微總結(jié)一下。
從內(nèi)存布局看C++虛繼承的實(shí)現(xiàn)原理

這里多出來的8個(gè)字節(jié)，其實(shí)是兩個(gè)虛基表指針。
因?yàn)檫@里Human中的_age是teacher和student共有的，所以為了能夠方便處理，在內(nèi)存中分布的時(shí)候，就會(huì)把這個(gè)共有成員_age放到對(duì)象組成的最末尾的位置。然后在建立一個(gè)虛基表，這個(gè)表記錄了各個(gè)虛繼承的類在找到這個(gè)共有的元素時(shí)，在內(nèi)存中偏移量的大小，而虛基表指針則指向了各自的偏移量。

這里打個(gè)比方：

通過這個(gè)偏移量，他們能夠找到自己的_age的位置。

為什么需要這個(gè)偏移量呢？

int main() {Assistant a;Teacher t = a; Student s = a;return 0; }

拿這個(gè)舉例子，當(dāng)把對(duì)象a賦值給t和s的時(shí)候，因?yàn)樗麄兓ハ鄾]有對(duì)方的_stuNum和_teaNum，所以他們需要進(jìn)行對(duì)象的切割，但是又因?yàn)開age存放在對(duì)象的最尾部，所以只有知道了自己的偏移量，才能夠成功的在切割了沒有的元素時(shí)，還能找到自己的_age。

從這里就可以看出來，多繼承存在著很多缺點(diǎn)，尤其是菱形繼承，他在底層引出了很多復(fù)雜的模型和概念，這也是為什么很多面向?qū)ο笳Z言都刪除了多繼承的原因，因?yàn)樗茈y掌控。所以在使用是需要非常謹(jǐn)慎，盡量不要使用多繼承，更不要構(gòu)造出菱形繼承。

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繼承和組合

什么是組合

那除了繼承還有什么好的代碼復(fù)用方式嗎？那答案肯定是有的，就是組合。
組合是什么呢？組合就是將多個(gè)類組合在一起，實(shí)現(xiàn)代碼復(fù)用。

繼承和組合又有什么區(qū)別呢？這里就舉幾個(gè)例子

1.繼承
繼承是一種is a的關(guān)系，就是基類是一個(gè)大類，而派生類則是這個(gè)大類中細(xì)分出來的一個(gè)子類，但是他們本質(zhì)上其實(shí)是一種東西。
如：

class Human { public:int _age; };class Student : public Human { public:int _stuNum; };

學(xué)生也是人，所以他可以很好的繼承人的所有屬性，并在其實(shí)增加學(xué)生獨(dú)有的屬性。

2.組合
組合是一種has a的關(guān)系，就是一種包含關(guān)系，比如對(duì)象a是對(duì)象b的成員，那么他們的關(guān)系就是對(duì)象b的組成中包含了對(duì)象a，對(duì)象a是對(duì)象b中的一部分，對(duì)象b包含對(duì)象a。
例如：

class Study { public:void ToStudy(){cout << "Study" << endl;} };class Student : public Human { public:Study _s;int _stuNum; };

這里的Student類中包含了一個(gè)Study類，學(xué)習(xí)是學(xué)生中非常重要的一部分，并且是不可缺少的一部分，每個(gè)學(xué)生都需要學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)是學(xué)生的本職。

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如何選擇組合和繼承

如果綜合考慮的話，其實(shí)應(yīng)該多使用組合，因?yàn)樵诮M合中，幾個(gè)類的關(guān)聯(lián)不大，你是我的一部分，所以我也只需要用到你那部分的某個(gè)功能，我并不需要了解你的實(shí)現(xiàn)和細(xì)節(jié)，只需要你開放對(duì)應(yīng)的接口即可，并且如果我要修改，只修改那一部分功能即可。所以這就導(dǎo)致了組合的依賴關(guān)系弱，耦合度低，十分符合軟件工程的低耦合，高類聚。這樣保證了代碼具有良好的封裝性和可維護(hù)性。

那么繼承呢？繼承的依賴關(guān)系就非常的強(qiáng)，耦合度非常高。因?yàn)槟阋朐谧宇愔行薷暮驮黾幽承┕δ?#xff0c;就必須要了解父類的某些細(xì)節(jié)，并且有時(shí)候甚至?xí)薷牡礁割?#xff0c;父類的內(nèi)部細(xì)節(jié)在子類中也一覽無余，嚴(yán)重的破壞了封裝性。并且一旦基類發(fā)生變化時(shí)，牽一發(fā)而動(dòng)全身，所有的派生類都會(huì)有影響，這樣的代碼維護(hù)性會(huì)非常的差，因?yàn)楹茈y在不了解具體細(xì)節(jié)的情況下能夠不影響到子類的實(shí)現(xiàn)。但是繼承也不是無用的，很多關(guān)系都很適合用繼承，并且多態(tài)的實(shí)現(xiàn)也需要用到繼承，這個(gè)還是得參考具體場景。

但是大部分場景下，如果繼承和組合都可以選擇，那就優(yōu)先選擇組合。

這個(gè)大佬講的也非常好，可以借鑒學(xué)習(xí)一下
優(yōu)先使用對(duì)象組合，而不是類繼承

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的C++ 面向对象（一）继承：继承、对象切割、菱形继承、虚继承、继承与组合的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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