C++进阶之路---继承（二）

顾得泉：个人主页

个人专栏：《Linux操作系统》《C++从入门到精通》《LeedCode刷题》

键盘敲烂，年薪百万！

一、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 Student;
class Person
{
public:
     friend void Display(const Person& p, const Student& s);
protected:
     string _name; // 姓名
};
class Student : public Person
{
protected:
     int _stuNum; // 学号
};
void Display(const Person& p, const Student& s)
{
     cout << p._name << endl;
     cout << s._stuNum << endl;
}
void main()
{
     Person p;
     Student s;
     Display(p, s);
}

当我们把这段代码放入VS中，我们可以看到：

用通俗的话语来说：你爸爸的朋友不一定是你的朋友，哈哈。

二、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 。

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;
}

由结果可得：

三、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Assistant的对象中Person成员会有两份。

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。

虚拟继承解决数据冗余和二义性的原理

为了研究虚拟继承原理，我们给出了一个简化的菱形继承继承体系，再借助内存窗口观察对象成员的模型。

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;
}

下图是菱形继承的内存对象成员模型：这里可以看到数据冗余

下图是菱形虚拟继承的内存对象成员模型：这里可以分析出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。

下面是上面的Person关系菱形虚拟继承的原理解释：

四、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。

2.多继承可以认为是C++的缺陷之一，很多后来的OO语言都没有多继承，如Java。

3.继承和组合

①public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。
②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。
③优先使用对象组合，而不是类继承 。
④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。
⑤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。
⑥ 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。