C++【继承】

继承

继承的概念

继承是面向对象语言得三大特性之一（继承、封装、多态），注：继承并不是C++的特性，是面向对象语言的特性。

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。

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。下面我们使用监视窗口查看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
};

可以看到每一个对象里面都包含有Person.

继承的定义

⭕继承书写方式如图，继承限定符号有 public、protected、private。不建议使用除public的继承方式

继承总结表

备注：private成员也会被继承，但是无法被子类在类内外直接使用。

总结：

🌮 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。

🌮 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。

父类是protect的，子类可以用，但是父类是private 子类就不能用。私有跟保护在基类没有区别，但是在派生类有区别。

父亲是私有，但是如果公有函数调用了私有成员，那么派生类仍然可以用公有函数。本质就是不能直接用私有成员，但是如果基类本身有调用私有的公有函数，派生类调用公用函数间接用到私有成员这是没问题的。

基类和派生类对象的赋值转换

⭕ 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。

⭕ 基类对象不能赋值给派生类对象。

基类=派生类（公有继承）；- -赋值兼容转换，这是天然支持的，不存在类型转换发生。这是因为认为子类就是基类的加强，赋值的时候会把继承的内容给基类。

Student s;
Person& rp=s;
//这两段代码能通过，也说明了不存在临时转换。
Person* ptrp=&s;
//这个指针指向的是派生类中，继承的那一部分。

在C++中，可以通过基类指针或引用将派生类对象赋值给基类对象。这种赋值转换被称为向上转型。向上转型是安全的，因为基类对象可以完全代表派生类对象。

例如，假设有一个基类Animal和一个派生类Dog：

#include <iostream>
using namespace std;

class Animal {
public:
    virtual void sound() {
        cout << "Animal sound" << endl;
    }
};

class Dog : public Animal {
public:
    void sound() {
        cout << "Dog sound" << endl;
    }
};

int main() {
    Animal* animalPtr;
    Dog dog;
    animalPtr = &dog; // 向上转型，将派生类对象赋值给基类指针

    animalPtr->sound(); // 调用派生类的sound()方法

    return 0;
}

在上面的例子中，我们将Dog对象赋值给了Animal指针animalPtr。然后通过animalPtr调用sound()方法，实际上调用的是派生类Dog的sound()方法。

需要注意的是，如果基类中的成员函数被声明为虚函数（使用关键字virtual），那么派生类对象会根据运行时的实际类型来调用相应的成员函数。这种行为称为动态绑定。在上面的例子中，Animal类的sound()函数是虚函数，所以通过animalPtr调用sound()方法时，根据派生类Dog的实际类型，调用了Dog类的sound()方法。

除了通过指针进行赋值转换外，也可以通过引用进行赋值转换。例如，可以声明一个基类引用，将派生类对象赋值给该引用：

Animal& animalRef = dog; // 向上转型，将派生类对象赋值给基类引用

animalRef.sound(); // 调用派生类的sound()方法

向上转型可以使得代码更加灵活，可以通过基类指针或引用来统一处理不同的派生类对象。但是需要注意的是，向上转型会丢失派生类特有的成员和方法，只能调用基类中定义的成员和方法。

如果想要调用派生类特有的成员和方法，可以通过向下转型（将基类指针或引用转换为派生类指针或引用）来实现。但是需要在进行向下转型之前，先确保基类指针或引用指向的对象是派生类的对象，否则会导致运行时错误。

继承中的作用域

先看一道小题目

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。

换句话说，如果没有重名，可以直接用从基类继承的成员，但是如果派生类也存在同名成员，不能直接访问需要增加域命才能访问从父继承过来的成员。

// 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 Test()
{
    B b;
    b.fun(10);
};

派生类的默认成员

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。

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

🧧 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。

🧧 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(这个我们后面会讲解)。那么编译器会对析构函数名进行特殊处理，处理成destrutor()，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构成隐藏关系。

子类如果没有写构造跟析构函数，会自动调用父类的构造跟析构。派生类中父类的成员必须要调用父类的构造、析构函数，所以你写派生类的构造函数的时候，必须要显示调用父类的构造函数。

class Person
{
public:
    Person(const char* name = "peter")
        : _name(name)
    {
        cout << "Person()" << endl;
    }
    Person(const Person& p)
        : _name(p._name)
    {
        cout << "Person(const Person& p)" << endl;
    }
    Person& operator=(const Person& p)
    {
        cout << "Person operator=(const Person& p)" << endl;
        if (this != &p)
            _name = p._name;
        return *this;
    }
    ~Person()
    {
        cout << "~Person()" << endl;
    }
protected:
    string _name; // 姓名
};
class Student : public Person
{
public:
    Student(const char* name, int num)
        : Person(name)
        , _num(num)
    {
        cout << "Student()" << endl;
    }
    Student(const Student& s)
        : Person(s)
        , _num(s._num)
    {
        cout << "Student(const Student& s)" << endl;
    }
    Student& operator = (const Student& s)
    {
        cout << "Student& operator= (const Student& s)" << endl;
        if (this != &s)
        {
            Person::operator =(s);
            _num = s._num;
        }
        return *this;
    }
    ~Student()
    {
        cout << "~Student()" << endl;
    }
protected:
    int _num; //学号
};
void Test()
{
    Student s1("jack", 18);
    Student s2(s1);
    Student s3("rose", 17);
    s1 = s3;
}

这是上面代码的运行结果，想要了解更仔细的宝宝可以一行代码一行代码地运行。

由于要构成多态原因，析构函数会被处理成destructor，所以派生类跟基类的析构函数同样会形成函数隐藏。

析构函数不让我们显示调用，其它几个默认成员函数可以显示调用。因为编译器要确保析构的顺序。这也就说是子类析构函数完成时，会自动调用父类的析构函数感觉就像子类把父类当作一个成员变量。

继承与友元

友元关系不能被继承。友元关系是在类的声明中通过friend关键字建立的，它只对声明友元的类或函数有效，而不会被派生类继承。

当一个类声明另一个类或函数为友元时，被声明为友元的类或函数可以访问声明类的私有成员和受保护成员。但是，这种访问权限不会被派生类继承。

考虑以下代码示例：

class A {
private:
    int privateDataA;
protected:
    int protectedDataA;
public:
    int publicDataA;

    friend class B;
};

class B {
public:
    void accessA(A& obj) {
        // 可以访问直接A类的私有成员和受保护成员
        obj.privateDataA = 10;
        obj.protectedDataA = 20;
        obj.publicDataA = 30;
    }
};

class C : public A {
public:
    void accessA() {
        // 在派生类中无法直接访问A类的私有成员
        //privateDataA = 10;
        protectedDataA = 20;
        publicDataA = 30;
    }
};

在上面的例子中，类A声明类B为友元，这意味着B类可以访问A类的私有成员和受保护成员。然而，当派生类C继承类A时，并不能继承B类对A类的友元关系。在派生类C中，可以直接访问A类的成员变量和成员函数，但不能通过B类来访问。

因此，友元关系是不能被继承的，它只对声明友元的类或函数有效。派生类只能继承基类的成员和方法，而不能继承基类的友元关系。

继承与静态成员函数

静态成员只有一份，存放在静态区，不论是父类还是子类都是共用这一静态成员。

class Person
{
public :
 Person () {++ _count ;}
protected :
 string _name ; // 姓名
public :
 static int _count; // 统计人的个数。
};
int Person :: _count = 0;
class Student : public Person
{
protected :
 int _stuNum ; // 学号
};
class Graduate : public Student
{
protected :
 string _seminarCourse ; // 研究科目
};
void TestPerson()
{
 Student s1 ;
 Student s2 ;
 Student s3 ;
 Graduate s4 ;
 cout <<" 人数 :"<< Person ::_count << endl;
 Student ::_count = 0;
 cout <<" 人数 :"<< Person ::_count << endl;
}

菱形继承与虚拟继承

单继承：一个子类只有一个直接父类，称为单继承。

class Person
{
public:
	string _name; // 姓名
};
class Student : public Person
{
protected:
	int _num; //学号
};
class Teacher : public Person
{
protected:
	int _id; // 职工编号
};
class Assistant : public Student, public Teacher
{
protected:
	string _majorCourse; // 主修课程
};
void Test()
{
	// 这样会有二义性无法明确知道访问的是哪一个
	Assistant a;
	a._name = "peter";
	// 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
	a.Student::_name = "xxx";
	a.Teacher::_name = "yyy";
}
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Student和
//Teacher的继承Person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 Person
{
public:
	string _name; // 姓名
};
class Student : virtual public Person
{
protected:
	int _num; //学号
};
class Teacher : virtual public Person
{
protected:
	int _id; // 职工编号
};
class Assistant : public Student, public Teacher
{
protected:
	string _majorCourse; // 主修课程
};
void Test()
{
	Assistant a;
	a._name = "peter";
}

虚拟继承

//了解虚继承的代码
class A
{
public:
	int _a;
};
// class B : public A
class B : virtual public A
{
public:
	int _b;
};
// class C : public A
class C : virtual public A
{
public:
	int _c;
};
class D : public B, public C
{
public:
	int _d;
};
int main()
{
	D d;
	d.B::_a = 1;
	d.C::_a = 2;
	d._b = 3;
	d._c = 4;
	d._d = 5;
	return 0;
}