C++: 继承

1.继承的概念及定义

1.1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。

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
using namespace std;
class P
{
public:
	void Print(std::string name, int age)
	{
		cout << name << age << endl;
	}
protected:
	std::string _name = "马俊";
	int _age = 23;
};

class student : public P
{
private:
	int _sid;
};
class teacher : public P
{
private:
	int _tid;
};
// 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
int main()
{
	student s;
	teacher t;
	s.Print("majun", 23);
	t.Print("liujingru", 56);
	return 0;
}

1.2 继承定义

1.2.1定义格式

下面我们看到Person是父类，也称作基类。Student是子类，也称作派生类。

1.2.2继承关系和访问限定符

1.2.3继承基类成员访问方式的变化

总结：

2.基类和派生类对象赋值转换

        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。 基类的指针或者引用可以通过强制类型转换赋值给派生类的指针或者引用。但是必须是基类 的指针是指向派生类对象时才是安全的。这里基类如果是多态类型，可以使用RTTI(RunTime Type Information)的dynamic_cast 来进行识别后进行安全转换。

class Person
{
protected:
	string _name; // 姓名
	string _sex; 
	int _age; // 年龄
};
class Student : public Person
{
public:
	int _No; // 学号
};
void Test()
{
	Student sobj;
	
	//子类对象可以赋值给父类对象/指针/引用
	Person pobj = sobj;
	Person* pp = &sobj;
	Person& rp = sobj;
}

3.继承中的作用域

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。

// Student的_num和Person的_num构成隐藏关系，可以看出这样代码虽然能跑，但是非常容易混淆
class Person
{
protected :
     string _name = "小李子"; // 姓名
     int _num = 111;   // 身份证号
};
class Student : public Person
{
public:
     void Print()
     {
         cout<<" 姓名:"<<_name<< endl;
         cout<<" 身份证号:"<<Person::_num<< endl;
         cout<<" 学号:"<<_num<<endl;
     }
protected:
     int _num = 999; // 学号
};
void Test()
{
     Student s1;
     s1.Print();
};
// 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);
};

4.派生类的默认成员函数

class A
{
public:
	A(string name)
		:_name(name)
	{
		cout << "A(string name)" << endl;
	}
	A(A& a)
		:_name(a._name)
	{
		cout << "A(A& a)" << endl;
	}
	A& operator=(A& a)
	{
		_name = a._name;
		return *this;
	}
	~A()
	{

	}
protected:
	string _name;
};

class B : public  A
{
	B(string name, string id)
		:A(name)
		,_id(_id)
	{
		cout << "B(string name, string id)" << endl;
	}
	B(B& b)
		:A(b)
		//这里是将子类的父类进行剪切然后再传参
		, _id(b._id)
	{
		cout << "B(B& b)" << endl;
	}
	B& operator= (B& b)
	{
		if (this != &b)
		{
			A::operator= (b);
			//这里是将子类的父类进行剪切然后再传参
			_id = b._id;
		}
		return *this;
	}
	~B()
	{
		
	}
protected:
	string _id;
};

5.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

6. 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 。

7.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。
{
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";
}

8.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

public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。

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。

优先使用对象组合，而不是类继承 。

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。 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。 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。