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【C++】详细讲解继承（下）

article 2025/1/27 13:41:05

本篇来继续说说继承。上篇可移步至【C++】详细讲解继承（上）

1.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派⽣类私有和保护成员。

class Student;//前置声明

class Same //基类
{
public:
	friend void Fun(const Same& p, const Student& s);//友元声明
protected:
	string _name; 
};

class Student : public Same //派生类
{
protected:
	int _stuid;
};

void Fun(const Same& p, const Student& s)
{
	cout << p._name << endl;
	cout << s._stuid << endl;
}

像上面的代码，Fun函数只能访问Same基类的成员变量_name，_stuid是访问不到的。

解决方法就是在派生类Student里面也加上友元声明，就可以了。

class Student : public Same //派生类
{
	friend void Fun(const Same& p, const Student& s);//友元声明
protected:
	int _stuid;
};

2.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。⽆论派⽣出多少个派⽣类，都只有⼀个static成员实例。

class Same //基类
{
public:
	string _name;
	static int _count;//静态成员变量
};

int Same::_count = 0;//静态成员变量初始化

class Student : public Same //派生类
{
protected:
	int _stuNum;
};

我们观察一下_name的地址和_count的地址。

int main()
{
	Same p;
	Student s;
	cout << &p._name << endl;
	cout << &s._name << endl;

	cout << &p._count << endl;
	cout << &s._count << endl;

	return 0;
}

这⾥的运⾏结果可以看到：⾮静态成员_name的地址是不⼀样的，说明派⽣类继承下来了，基类和派⽣类对象各有⼀份；静态成员_count的地址是⼀样的，说明派⽣类和基类共⽤同⼀份静态成员。

公有情况下，基类和派生类指定类域都可以访问静态成员变量。

cout << Same::_count << endl;
cout << Student::_count << endl;

也可以通过对象访问。

改变其中一个，另一个也改变，因为这就是同一个。

cout << Same::_count << endl;
cout << Student::_count << endl;
Same::_count++; //改变_count
cout << p._count << endl;
cout << s._count << endl;

3.多继承以及菱形继承

3.1 继承模型

单继承：⼀个派⽣类只有⼀个直接基类时称这个继承关系为单继承
多继承：⼀个派⽣类有两个或以上直接基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，先继承的基类在前⾯，后⾯继承的基类在后⾯，派⽣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，如下。

菱形继承有数据冗余和⼆义性（存在歧义）的问题，在Assistant的对象中Person成员会有两份。所以在实践中并不提倡设计出菱形继承的模型。

二义性问题可以通过指定访问哪个基类的成员来解决，但是数据冗余问题是不能得到解决的。

如果在特定场景下，一定需要设计菱形继承，怎么办？虚继承就出场了。

3.2 虚继承

新增了一个关键字virtual。放在会造成数据冗余和二义性的那些类上。

这里就是在Student和Teacher 加上virtual，都要加，只加一个都没用。

class Person
{
public:
	string _name; // 姓名
	
};
// 使⽤虚继承Person类
class Student : virtual public Person
{
protected:
	int _num; //学号
};
// 使⽤虚继承Person类
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
};

加了virtual后person在Assistant里继承的数据就只有一份了，数据冗余和二义性就得到了解决。

3.3 相关小测试

假如现在有一个菱形继承关系如下， virtual应该加在哪里？

加在B类和C类上。因为E里面会有数据冗余和二义性，而这些冗余的数据是因为A有两份，导致继承A的是B和C，所以要加在B和C上，不是D和C。

最后，除非万不得已，不要设计出菱形继承。菱形继承以及virtual的底层是特别复杂的。

3.4 多继承中指针偏移问题

先看题。

class Base1 { public: int _b1; };
class Base2 { public: int _b2; };
class Derive : public Base1, public Base2 { public: int _d; };
int main()
{
    Derive d;
    Base1* p1 = &d;
    Base2* p2 = &d;
    Derive* p3 = &d;
    return 0;
}

说法正确的是？

A ：p1 == p2 == p3 B ：p1 < p2 < p3 C ：p1 == p3 != p2 D ：p1 != p2 != p3

答案： C ：p1 == p3 != p2

先继承的在前面，先声明的在前面，所以Base1和Base2的底层位置如下。

p3是Derive的指针，指向开头。

p1是Base1的指针，Base1是基类，p1指向的范围是派生类Derive切出来的Base1的那部分，最开始指向开头，和p3一个位置。

p2与p1同理，指向的范围是Derive切出来的Base2的那部分，最开始指向Base2开头。

所以答案是 p1 == p3 != p2

借上面那个题，说了多继承中的指针偏移问题。

4.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。
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)。在继承⽅式中，基类的内部细节对派⽣类可⻅。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。
优先使⽤组合，⽽不是继承。实际尽量多去⽤组合，组合的耦合度低，代码维护性好，但这也不是绝对的，要根据实际选择使用。

比如下面的代码，就能很好解释继承和组合。

class Tire //轮胎
{
protected:
	string _brand; // 品牌
	size_t _size; // 尺⼨
};

class Car //车
{
protected:
	string _colour; // 颜⾊
	string _num; // ⻋牌号
	Tire _t1; // 轮胎
	Tire _t2; // 轮胎
	Tire _t3; // 轮胎
	Tire _t4; // 轮胎
};

轮胎和车就比较符合 has-a 的关系，车有轮胎，用的组合。

class BMW : public Car //继承
{
public:
	void Drive() { cout << "BMW" << endl; }
};

class Benz : public Car //继承
{
public:
	void Drive() { cout << "Benz" << endl; }
};

上面的代码是继承，BMW 和 Benz 是品牌，比较符合 is-a 的关系，BMW和Benz是车。

本次分享就到这里了，我们下篇见~