超详细 - 一文说懂 C++ 继承（上）

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1. 继承的概念

1.1 继承的本质

1.2 继承的作用

2. 继承的定义

2.1 继承的格式

2.2 继承的权限

2.3 默认继承

2.5 继承权限的使用

3. 继承的作用域

3.1 隐藏

4. 基类与派生类对象的赋值转换

4.1 切片

5. 派生类的默认成员函数

5.1 隐式调用

5.2 显示调用

0 引言

从前面我们知道，继承是面向对象的三大特性之一（封装继承多态）。今天我们主要一起学习什么是继承。即如何在父类的基础之上去构建更加丰富的子类。在此举一个不完全恰当的例子，例如柑橘类水果的不同品种，实际上继承了其父类品种的某些特性。

1. 继承的概念

那什么是继承呢？是继承遗产还是某些东西呢？答案都不是。

实际上，官方说继承（inheritance）机制是面向对象程序设计使代码可以复用的重要的手段，它允许程序员在保持原有基类（父类）特性的基础上进行扩展，增加功能，这样产生新的类，称为派生类（子类）。

因此：被继承的对象：父类/基类

继承一方：子类/派生类

1.1 继承的本质

继承的本质实际上就是为了复用代码。

例如：现在需要完成一个学校教务系统代码的编写，单从角色划分上来说，可以简单分为：教职工和学生 这两大类，但如果继续划分的话，还可以分出：校领导、各级院长、辅导员、后勤人员、大一/大二/大三/大四学生等，假设为每个角色都设计一个结构，那么这个工程量也未免太大了，且存在冗余。

所以，为了提高开发效率，我们就可以利用继承的概念。可以从各种角色中选出共同点，组成基类，比如每个人都有姓名、年龄、性别、联系方式等基本信息

而教职工与学生的区别就在于管理与被管理，因此可以在基类的基础上加一些特殊信息如教职工号表示教职工，加上学号表示学生，其他细分角色设计也是如此，产生多种子类。

因此，我们通过继承的方式，复用基类的代码，进而划分出各种子类。

1.2 继承的作用

子类基础父类后，可以享有父类中的所有的公开 / 保护属性，也就是说，除了私有内容外，父类有的，子类全都有 。

举一个例子, 在父类 - 房子 的基础上，派生出 小平层和别墅这两个子类。

//父类 - 房子
class house
{
public:
	house(int area = int())
		:_area(area)
	{}
	int getarea()
	{
		return _area;
	}
private:
	int _area;
};

//子类 - 平层
class Flatbed : public house
{
public:
	Flatbed()
		:house(90)
	{
		cout << "小平层，面积是：" << getarea() << "平方米" << endl;
	}
};

//子类 - 别墅
class villa : public house
{
public:
	villa()
		:house(500)
	{
		cout << "别墅，面积是：" << getarea() << "平方米" << endl;
	}
};

int main()
{
	Flatbed f;
	villa v;
	return 0;
}

可以看到，两个子类都能具备父类中的公有和保护属性，并且互不干扰。

2. 继承的定义

2.1 继承的格式

继承的格式：子类：继承方式父类，比如 class A ：public B 就表示 A 继承 B, 且为公有继承。

2.2 继承的权限

继承的权限可分为 公有继承（public）、保护继承（protected）、私有继承（private）。

权限大小：public > protected > private。

public	公开的，任何人都可以访问
protected	保护的，只有当前类和子类可以访问
private	私有的，只允许当前类进行访问

保护 protected 比较特殊，只有在继承中才能体现它的价值，否则与私有作用一样。

因此存在多种 父类成员权限与继承权限 的搭配方案。（所谓的外部其实就是子类对象）

	public 继承	protected 继承	private 继承
父类：public 成员	外部可见，子类中可见	外部不可见，子类中可见	外部不可见，子类中可见
父类：protected 成员	外部不可见，子类中可见	外部不可见，子类中可见	外部不可见，子类中可见
父类：private 成员	都不可见	都不可见	都不可见

总结：无论是哪种继承方式，父类中的 private 成员始终不可被 [子类 / 外部] 访问；当外部试图访问父类成员，依据 min(父类成员权限，子类继承权限)，只有最终权限为 public 时，外部才能访问。

下面我们来看示例：

2.3 默认继承

如果不注明继承权限， class 默认为 private , struct 默认 public ,因此最好是注明继承权限。

那么如何访问父类的私有成员？我们只需在父类中设计相应的函数，间接访问私有成员。

2.5 继承权限的使用

那么我们如何优雅的使用好权限呢？我们只需要记住以下的点：

对于只想自己类中查看的成员，设为 private ，对于想共享给子类使用的成员，设为 protected, 其他成员都可以设为 public 。

例如在小明家中，房子面积可以设置为公开，家庭存款只让家庭成员知道，而隐私则可以设置为私有。

class Home
{
public:
	int area = 120;	//房屋面积
};

class Father : public Home
{
protected:
	int money = 100000;	//存款
private:
	int privateMoney = 100;	//私房钱
};

class xiaoming : public Father
{
public:
	xiaoming()
	{
		cout << "我是小明" << endl;
		cout << "我知道我家房子有 " << area << " 平方米" << endl;
		cout << "我也知道我家存款有 " << money << endl;
		cout << "但我不知道我爸爸的私房钱有多少" << endl;
	}
};

class zhangsan
{
public:
	zhangsan()
	{
		cout << "我是张三" << endl;
		cout << "我只知道张三家房子有 " << Home().area << " 平方米" << endl;
		cout << "其他情况不知道" << endl;
	}
};

int main()
{
	xiaoming x;
	cout << "================" << endl;
	zhangsan z;
	return 0;
}

因此我们可以看到，权限可以很好的保护成员。

那么我们如何设计一个不能被继承的类？

我们只需要将父类的构造和析构函数设为私有，这样子类就无法创建父类对象，同时也就无法继承

3. 继承的作用域

子类虽然继承自父类，但两者的作用域是不相同的，假设出现同名函数时，默认会将父类的同名函数隐藏调，进而执行子类的同名函数。

隐藏也叫重定义，与它类似的概念还有：重写（覆盖）、重载。

3.1 隐藏

子类中出现父类的同名方法或者成员。

//父类
class Base
{
public:
	void func() { cout << "Base val: " << val << endl; }
protected:
	int val = 111;
};

//子类
class Derived : public Base
{
public:
	int func()
	{
		cout << "Derived val: " << val << endl;
		return 0;
	}
private:
	int val = 222;
};

int main()
{
	Derived d;
	d.func();
	return 0;
}

我们发现，父子类中的方法和成员均被隐藏，执行的是 子类方法，输出的是子类成员。

现在我们将子类中函数修改为 funA

int funA() 
{ 
	cout << "Derived val: " << val << endl;
	return 0;
}

发现此时隐藏消失，并且结果的是 父类方法 + 父类成员。

接着，我们修改子类标识符 val

int num = 222;

此时隐藏也消失，执行结果 子类方法 + 父类成员。

因此， 当子类中的方法出现隐藏行为时，优先执行子类中的方法；当子类中的成员出现隐藏行为时，优先选择当前作用域中的成员（局部优先）。

那么，我们如何显示的调用父类的方法或者成员？

我们利用域作用限定符 : : 即可。

总结：

只要是命名相同，都构成隐藏，与返回值、参数无关
隐藏会干扰调用者的意图，因此在继承中，要尽量避免同名函数的出现

4. 基类与派生类对象的赋值转换

首先提出的是，在继承中，允许将子类对象直接赋值给父类，但不允许父类对象赋值给子类。

并且这种赋值是非常自然的，编译器直接处理，不需要调用 赋值重载 等函数。

//父类
class Base
{
protected:
	int val = 111;
};

//子类
class Derived : public Base
{
private:
	int num = 222;
};

int main()
{
	Base b;
	Derived d;
	b = d;
	//d = b;	//非法，只允许 子->父
	return 0;
}

子类对象 在赋值给 父类对象 时，触发切片机制，丝滑的完成 赋值。

4.1 切片

下图展示了柠檬切片：

在基类与派生类的赋值转换中，切片将父类对象看作一个结构体，子类对象看作结构体Plu 版，将子类对象中多余的部分去除，留下父类对象可接收的成员，最后再将对象的指向进行改变就完成了切片。

因为整个切片过程是由编译器自己完成的，所以效率很高，并且不会发生借助临时对象构造再赋值的情况。由于父类无法满足子类的需求，切片只在子类->父类时发生。

5. 派生类的默认成员函数

派生类（子类）也是类，同样会生成 六个默认成员函数（用户未定义的情况下）

不同于单一的类，子类是在父类的基础之上创建的，因此它在进行相关操作时，需要为父类进行考虑。

5.1 隐式调用

子类在继承父类后，构建子类对象时 会自动调用父类的默认构造函数，子类对象销毁前，还会自动调用父类的析构函数。

class Person
{
public:
	Person() { cout << "Person()" << endl; }
	~Person() { cout << "~Person()" << endl; }
};

class Student : public Person
{
public:
	Student() { cout << "Student()" << endl; }
	~Student() { cout << "~Student()" << endl; }
};

int main()
{
	Student s;
	return 0;
}

此时，自动调用是由编译器完成的，前提是父类存在对应的默认成员函数；如果不存在，会报错

5.2 显示调用

因为存在隐藏的现象，当父子类中的函数重名时，子类无法再自动调用父类的默认成员函数，此时会引发 浅拷贝 相关问题。

class Person
{
public:
	Person() { cout << "Person()" << endl; }
	void operator=(const Person& P) { cout << "Person::operator=()" << endl; }
	~Person() { cout << "~Person()" << endl; }
};

class Student : public Person
{
public:
	Student() { cout << "Student()" << endl; }
	void operator=(const Student&) { cout << "Student::operator=()" << endl; }
	~Student() { cout << "~Student()" << endl; }
};

int main()
{
	Student s1;
	cout << "================" << endl;
	Student s2;
	s1 = s2;
	return 0;
}