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C++：继承用法详解~

article 2024/9/26 3:26:16

在学完C++的类和对象，并掌握了类的核心语法与基本用法之后；我们就得去学习一下继承的语法，与继承的用法。简单概括一下，继承是C++中一种代码复用的手段，它允许我们，对已有的类，增添新的成员函数或变量，产生的新类，叫做子类。而本期博客，就是讲解继承的用法，如果这篇博客对你学习或工作上有帮助，还请多多点赞+收藏，万分感谢~

一、继承的基础概念（核心）

1、继承的用法展示

在我们现实生活中，每一所学校都拥有自己的教务系统，而教务系统中，存储着学生，老师以及学校一些其它的信息。在用代码实现教务系统的时候，我们需要用一个学生类储存学生的信息，我们又需要一个老师类储存老师的信息。类的定义如下：
这里只是简单的表示了一下：一个学生类，一个老师类，分别需要哪些属性和方法。可是我们从代码中发现，两者存在一定的代码重复，显得过于冗余。而C++中，因为继承机制的存在，我们可以对这两个类进行，下面的处理：

class Person
{
protected:
	string name = "周天津"; // 名字
	int old = 58; // 年龄
	string ID = "111081200631313111"; // 身份证号
	string tel = "11188888888"; // 手机
};

class teacher : public Person
{
public:
	void stude()
	{
		cout << "老师" << name << endl;
		cout << "年龄" << old << endl;
		cout << "ID" << ID << endl;
		cout << "电话" << tel << endl;

		cout << "职工" << work << endl;
	}
private:
	string work = "数学老师";
};

运行一下，看看效果：

2、继承的定义与使用

继承是C++中一种代码复用的手段，它允许我们，对已有的类，增添新的成员函数或变量，产生的新类，叫做子类。继承是一种层次结构的复用，体现了代码从简单到复杂；通过继承手段，我们可以使类得到复用。每种书的用语习惯不同，被复用的类可以称为父类也可以是基类，在此基础上产生的新类，叫做子类或派生类。
继承的使用格式：class 子类名 : 继承方式父类名

3、继承方式

在C++中，继承方式存有3种：public继承、protected继承、private继承(这里复用三个访问权限修饰符)，那不同方式的继承有什么作用呢？——不同方式的继承，影响着父类中不同，访问权限的成员继承之后，在子类当中的访问权限。
1. 无论是什么继承，父类的私有成员，在子类中都是不可见的。
2. 父类的其余成员，继承方式与访问权限限定符，选择其中权限最小的；如：保护继承，父类的公有成员变保护，保护成员还是保护。
3. 当父类的成员，不想在类外之间访问，而想在子类中访问的时候，可以将父类的成员实现为保护成员。可见保护成员与私有成员的不同就在此处。
4. 继承方式不显示写的时候，struct定义的类，默认是公有基础，class定义的类，默认是私有继承。
5. 现实中，最常用的继承方式是公有继承~

三种继承方式总结：

父类成员	public继承	projected继承	private继承
public	public	projected	private
protected	protected	projected	private
private	不可见	不可见	不可见

4、隐藏规则

在继承体系中⽗类和⼦类都有独⽴的作⽤域。
父类与子类，若存在成员变量名相同，则构成成员变量隐藏；
父类与子类，若存在成员函数名相同，则构成成员函数隐藏；
注意隐藏，只需要函数名相同即可。
所谓隐藏，就是子类指针或引用，去调用构成隐藏关系的成员变量或成员函数的时候，默认的是子类中的成员函数，或成员变量~
若想要调用父类中成员函数，或成员变量，则可以通过指明类型。

5.子类与父类对象间的赋值兼容转换

子类的实例化对象、或其指针、引用，可以赋值给父类的实例化对象、或其指针、引用。这里是一种切片的效果，所以不涉及类型转换问题，在赋值的时候，不会产生临时对象。
父类的实例化对象不能赋值给子类的实例化对象，但父类的指针或引用，可通过强制类型转换，赋值给子类的指针或引用，但前提是确保安全性。

6、子类的默认成员函数

子类(派生类)，作为一个类，同样会存在六种默认成员函数(C++11,会存在八种)；而需要我们去重点学习的有：构造函数、析构函数、拷贝构造函数、赋值运算符重载，我们需要通过以下两个方面去学习这四种函数。
1. 编译器默认生成的，其行为是什么？
2. 如果编译器默认生成的，不能满足我们呢的需要，我们又该如何显示实现呢？
3. 我将通过代码+注释，将这四种成员函数的行为，以及如何显示实现，展示出来。还请区分侧重点，自行通过IDE进行逐一验证，或详细内容还请跳转至类与对象篇。
4. 我这里只会总结，比较重要的默认成员函数中的知识点~
5. 详细内容还请跳转至类与对象篇。

i、构造函数

总结：（初始化列表，定义变量的顺序：先父类后子类，其中又符合先声明的先定义）
子类默认构造函数的行为：
1. 调用父类的默认构造函数(无参构造函数，有参但全缺省构造函数，编译器自动生成的构造函数都属于默认构造函数)；若父类无默认构造函数，则编译器报错。
2. 内置类型编译器的行为是未知的。
3. 自定义类型，编译器调用自定义类型的默认构造函数，若无默认构造函数，则编译器报错。
4. 可见，编译器对子类中父类的行为，和，对对象的行为基本类似。
显示写子类构造函数：
1. 父类的初始化，必须在初始化列表中进行；若不显示写父类的初始化，则调用父类的默认构造函数，若父类无默认构造函数，则编译器报错。内置类型编译器的行为是未知的。
2. 显示调用父类构造函数：父类名(参数)
3. 自定义类型和内置类型的初始化，和在普通类中，无区别。

class Person // 基类
{
public:
	Person() = default; // 强制编译器生成 -> 默认构造函数

	Person(const char* name, size_t age, const char* Addr) //普通构造函数
		:_name(name)
		, _age(age)
		, _Addr(Addr) 
	{}

protected:
	string _name = "庄梦涵"; // 名字
	size_t _age = 17;  // 年龄
	string _Addr = "河南龙门镇庄村"; // 籍贯
};

class student : public Person // 派生类
{
public:

	student() = default; // 强制编译器生成 -> 默认构造函数

	student(const char* name, size_t age, const char* Addr, const char* grade) // 普通构造函数
		:Person(name, age, Addr)
		, _grade(grade)
	{}

	void test()
	{
		cout << "_name:" << _name << endl;
		cout << "_age:" << _age << endl;
		cout << "_Addr:" << _Addr << endl;
		cout << "grade:" << _grade << endl;
	}
protected:
	string _grade = "大二"; 
};

int main()
{
	student zmh;
	zmh.test();
	cout << endl;
	student cmy("常梦圆",17,"神垕","大四");
	cmy.test();
	return 0;
}

ii、析构函数

总结：（析构函数，析构变量的顺序要求：先子类后父类，其中又符合后声明的先析构）
子类默认析构函数的行为：
1. 对于子类的，内置类型编译器的行为是未知的。
2. 对于子类的，自定义类型，编译器会调用它的析构函数。
3. 将子类的成员变量都析构之后，再自动调用父类的析构函数。
显示写子类析构函数：
1. 同普通的自定义类型一样，无论我们是否显示调用其析构函数，编译器都会在其销毁之前自动调用析构函数。
2. 所以，我们写子类的析构函数的时候，只需要负责子类新增，内置类型的成员变量指向资源的清理就行。至于自定义类型和父类，编译器会自动为我们清理。而这一目的，也是为了保证，先析构子类后析构父类。
3. 虽然编译器会自动为我们调用父类的析构函数，可若我们偏要显示调用的时候，也不是不可以——但必须要指明类域，否则编译器会报错。
4. 父类和子类的析构函数，构成隐藏。至于为什么，因为C++的重写，需要函数名相同。

iii、拷贝构造函数

总结：（默认生成的拷贝构造函数是一种浅拷贝；若需要资源的申请与释放则需要自己实现）
子类默认拷贝构造函数的行为：
1. 需要知道的是，拷贝构造函数是构造函数的重载形式之一；
2. 对父类的处理：首先会去调用父类的拷贝构造函数，
3. 对自定义类型的处理：会去调用自定义类型的拷贝构造函数。
4. 对内置类型的处理：编译器直接进行值拷贝~
显示写子类拷贝构造函数：
1. 拷贝构造函数的函数名为类名相同；第一个参数必须是类名的引用(通常是const 引用，也不能有缺省值)；并且没有返回类型(void也没有)；拷贝构造函数可以有其他参数(必须有缺省值)，但这不是常见做法。
2. 对父类的处理：在初始化列表中，显示调用父类的拷贝构造函数。
3. 对自定义类型的处理：在初始化列表中，显示调用自定义类型的拷贝构造函数。
4. 对内置类型的处理：完成正确的初始化与赋值，可以是在构造函数的函数体中，也可以是初始化列表。

iiii、赋值运算符重载

总结：赋值运算符重载函数的行为，无论是编译器自动生成的，还是人为实现的，都与拷贝构造函数相似。只不过前者是对已有对象进行赋值，后者是对正在创建的对象的初始化。

注：父类与子类的赋值运算符重载函数，构成隐藏关系，通过子类、子类指针或引用，显示调用父类的赋值运算符时，还请标明类域。

二、继承进阶（细节）

1、实现一个不能被继承的类

⽗类的构造函数私有，⼦类的构成必须调⽤⽗类的构造函数，但是⽗类的构成函数私有化以后，⼦类看不⻅就不能调⽤了，那么⼦类就⽆法实例化出对象。
C++11新增了⼀个final关键字，final修改⽗类，⼦类就不能继承了。

2、继承与友元

父类的友元函数，不能被子类继承；若想要该函数同时能访问父类和子类，则需要都进行友元声明。

3、继承与静态成员

父类被子类继承后，父类的静态成员在子类中，与父类共用，下面则是一个静态成员count，记录当前已实例化对象的个数。

class WK
{
public:
	WK()
	{
		cout << "当前已创建ZMH/WK类个数：" << ++count << endl;
	}
	~WK()
	{
		cout << "当前已创建ZMH/WK类个数：" << --count << endl;
	}
protected:
	static int count;
};

class ZMH :public WK {};

int WK::count = 0;

int main()
{
	WK d1,d2,d3;

	{
		ZMH d4, d5, d6;
	}
	
	WK d7;

	return 0;
}

4、单继承与多继承

i、继承模型

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，多继承对象在内存中的模型是，先继承的⽗类在前⾯，后⾯继承的⽗类在后⾯，⼦类成员在放到最后⾯。
菱形继承：菱形继承是多继承的⼀种特殊情况；菱形继承有数据冗余和⼆义性的问题。⽀持多继承就⼀定会有菱形继承，所以实践中我们也是不建议设计出菱形继承这样的模型的。

5、继承与组合的比较

public继承是⼀种is-a的关系。也就是说每个⼦类对象都是⼀个⽗类对象。
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。
继承允许你根据⽗类的实现来定义⼦类的实现。这种通过⽣成⼦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，⽗类的内部细节对⼦类可⻅继承⼀定程度破坏了⽗类的封装，⽗类的改变，对⼦类有很⼤的影响。⼦类和⽗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。这种复⽤⻛格被称为⿊箱复⽤(black-box reuse)，因为对象的内部细节是不可⻅的。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。
总结：在实现一个类中，若继承和组合的复用手段都可以使用，则更推荐使用组合。

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