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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。
class Person
{
public:
void Print()
{
cout << "name:" << _name << endl;
cout << "age:" << _age << endl;
}
protected:
string _name = "peter"; // 姓名
int _age = 18; // 年龄
};
// 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。
class Student : public Person
{
protected:
int _stuid; // 学号
};
class Teacher : public Person
{
protected:
int _jobid; // 工号
};
int main()
{
Student s;
Teacher t;
s.Print();
t.Print();
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
类成员/继承方式 | public继承 | protected继承 | private继承 |
---|---|---|---|
基类的public成员 | 派生类的public成员 | 派生类的protected成员 | 派生类的private成员 |
基类的protected成员 | 派生类的protected成员 | 派生类的protected成员 | 派生类的private成员 |
基类的private成员 | 在派生类中不可见 | 在派生类中不可见 | 在派生类中不可见 |
总结:
- 基类private成员在派生类中无论以什么方式继承都是不可见的。这里的不可见是指基类的私有成员还是被继承到了派生类对象中,但是语法上限制派生类对象不管在类里面还是类外面都不能去访问它。
- 基类private成员在派生类中是不能被访问,如果基类成员不想在类外直接被访问,但需要在派生类中能访问,就定义为protected。即希望该成员被继承却不被访问的话可以使用protected继承,可以看出保护成员限定符是因继承才出现的。
- 实际上面的表格我们进行一下总结会发现,基类的私有成员在子类都是不可见。基类的其他成员在子类的访问方式 == Min(成员在基类的访问限定符,继承方式),public > protected > private,即继承的权限只会越来越小 public可访问可继承、protected不可访问可继承、private不可访问不可继承。
- 使用关键字class时默认的继承方式是private,使用struct时默认的继承方式是public,不过最好显示的写出继承方式。
- 在实际运用中一般使用都是public继承,几乎很少使用protetced/private继承,也不提倡使用protetced/private继承,因为protetced/private继承下来的成员都只能在派生类的类里面使用,实际中扩展维护性不强。
// 实例演示三种继承关系下基类成员的各类型成员访问关系的变化
class Person
{
public :
void Print ()
{
cout<<_name <<endl;
}
protected :
string _name ; // 姓名
private :
int _age ; // 年龄
};
//class Student : protected Person
//class Student : private Person
class Student : public Person
{
protected :
int _stunum ; // 学号
};
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。其实为指针类型的转化导致访问区域的改变。
- 基类对象不能赋值给派生类对象。基类指针不能转化为派生类指针,因为派生类空间大于基类空间,一旦访问就会存在越界风险。
- 基类的指针可以通过C语言语法强制类型转换赋值给派生类的指针。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(Run-Time Type Information)的dynamic_cast 来进行识别后进行安全转换,如果能够进行类型转换就成功进行类型转换,如果不能够进行类型转换,就转为空(暂且了解)。
//class Student : protected Person
//class Student : private Person
class Student : public Person
{
protected :
int _stunum ; // 学号
};
class Person
{
protected :
string _name; // 姓名
string _sex; // 性别
int _age; // 年龄
};
class Student : public Person
{
public :
int _No ; // 学号
};
void Test ()
{
Student sobj ;
// 1.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;
//2.基类对象不能赋值给派生类对象
sobj = pobj;
// 3.基类的指针可以通过强制类型转换赋值给派生类的指针
pp = &sobj
Student* ps1 = (Student*)pp; // 这种情况转换时可以的。
ps1->_No = 10;
pp = &pobj;
Student* ps2 = (Student*)pp; // 这种情况转换时虽然可以,但是会存在越界访问的问题
ps2->_No = 10;
}
3. 继承中的作用域
- 在继承体系中基类和派生类都有独立的作用域。
- 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)
- 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。
- 子类指针可以转化为父类指针,反之不行,原因是子类指针的作用范围比父类指针大。
- 将子类的对象的指针转换为父类的指针,然后就可以访问被隐藏的成员了可以在子类的作用域中,用父类类名::成员的方式直接访问。 只要是成员函数名相同即可构成隐藏,哪怕参数列表不同。
- 注意在实际中在继承体系里面最好不要定义同名的成员。继承一般只采用public方式。
// 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
6个默认成员函数,“默认”的意思就是指我们不写,编译器会变我们自动生成一个,那么在派生类中,这几个成员函数是如何生成的呢?
- 派生类的构造函数必须调用基类的构造函数初始化基类的那一部分成员。如果基类没有默认的构造函数,则必须在派生类构造函数的初始化列表阶段显示调用。
- 派生类的拷贝构造函数必须调用基类的拷贝构造完成基类的拷贝初始化。
- 派生类的operator=必须要调用基类的operator=完成基类的复制。
- 派生类的析构函数会在被调用完成后自动调用基类的析构函数清理基类成员。因为这样才能保证派生类对象先清理派生类成员再清理基类成员的顺序。
- 派生类对象初始化先调用基类构造再调派生类构造。
- 派生类对象析构清理先调用派生类析构再调基类的析构。
class Person
{
public :
Person(const char* name = "peter")
: _name(name )
{
cout<<"Person()" <<endl;
}
Person(const Person& p)
: _name(p._name)
{
cout<<"Person(const Person& p)" <<endl;
}
Person& operator=(const Person& p )
{
cout<<"Person operator=(const Person& p)"<< endl;
if (this != &p)
_name = p ._name;
return *this ;
}
~Person()
{
cout<<"~Person()" <<endl;
}
protected :
string _name ; // 姓名
};
class Student : public Person
{
public :
Student(const char* name, int num)
: Person(name )
, _num(num )
{
cout<<"Student()" <<endl;
}
Student(const Student& s)
: Person(s)
, _num(s ._num)
{
cout<<"Student(const Student& s)" <<endl ;
}
Student& operator = (const Student& s )
{
cout<<"Student& operator= (const Student& s)"<< endl;
if (this != &s)
{
Person::operator =(s);
_num = s ._num;
}
return *this ;
}
~Student()
{
cout<<"~Student()" <<endl;
}
protected :
int _num ; //学号
};
void Test ()
{
Student s1 ("jack", 18); // 调用父类构造,再调用子类构造函数
Student s2 (s1); // 先调用父类拷贝,再调用自己拷贝
Student s3 ("rose", 17); // 调用父类构造,再调用子类构造函数
s1 = s3 ; // 调用赋值运算符重载
}
常见面试题:实现一个不能被继承的类。
[C++系列] 40. 详解OJ—请设计一个类,该类只能在堆上创建对象
[C++系列] 41. 详解OJ—请设计一个类,该类只能在栈上创建对象
// C++98中构造函数私有化,派生类中调不到基类的构造函数。则无法继承
class NonInherit
{
public:
static NonInherit GetInstance()
{
return NonInherit();
}
private:
NonInherit()
{}
};
// C++11给出了新的关键字final禁止继承
class NonInherit final
{};
5. 继承与友元
友元关系不能继承(爸爸的朋友不一定是自己的朋友),也就是说基类友元不能访问子类私有和保护成员。爸爸的朋友不是我的朋友,友元所有的逻辑参考现实逻辑。
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);
}
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 。静态成员可以继承,但无论发生任何事,都只有一个拷贝。
class Person
{
public :
Person () {++ _count ;}
protected :
string _name ; // 姓名
public :
static int _count; // 统计人的个数。
};
int Person :: _count = 0; // 静态成员变量顺手在外面赋初值
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;
}
六大默认可以诙谐的这样记忆:
- 构造是先有爸爸,再有我。
- 拷贝构造是先给爸爸拷,再给我拷。
- 析构是先干掉我,再干掉爸爸
- 赋值是先给爸爸赋,再给我赋
好事先爸爸,坏事先自己