【C++】继承

阿里云国内75折 回扣 微信号：monov8
阿里云国际，腾讯云国际，低至75折。AWS 93折 免费开户实名账号 代冲值 优惠多多 微信号：monov8 飞机：@monov6

文章目录

前言

1.在没有继承的情况下protectedQ跟 private相同。在派生类的时候才出现分化

2,基类对象不能访问基类的protected成员派生类中可以访问基类的protected成员。也就是说 privateQ成员是不能被继承的。只有publicprotected的成员才可以被继承

3,只有在派生类中才可以通过派生类对象访问基类的protected成员

继承的概念及定义

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

我们直接见见猪跑继承方式我们先来看看什么样的下面仔细讲

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//这就是继承的使用方法一个冒号后面加上继承方法再加上基类
{
protected:
	int _stuid; // 学号
};
class Teacher : public Person
{
protected:
	int _jobid; // 工号
};
int main()
{
	Student s;
	Teacher t;
	s.Print();//两个派生类继承了基类的成员变量和成员函数
	t.Print();
	return 0;
}

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

继承定义

定义格式

下面图片中我们看到Person是父类也称作基类Student是子类也称作派生类
在这里插入图片描述

继承关系和访问限定符

在这里插入图片描述

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

小结

  1. 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。
  1. 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。可以看出保护成员限定符是因继承才出现的。
  1. 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。
  1. 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。
  1. 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。
class Teacher :  Person//class默认继承是privatestruct默认继承是public

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 / 基类的引用并且这个过程中没有类型转换意味着中间不会产生临时变量。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。ps这个我们后 面再讲解这里先了解一下

在这里插入图片描述

Student s;
Person p;
p = s;//子类可以给给父类不会产生临时变量
Person& pi = s;//不产生临时变量可以直接赋值给引用
Person* p = &s;

int a = 10;
double b = 1.1;
a = b;//要产生临时变量
//int& ai = b;//产生临时变量临时变量具有常属性要加const
const int& bi = b;

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可以间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。

样例1

class Person
{
protected:
	string _name = "小李子"; // 姓名
	int _num = 111;//身份证
};
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();
};
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

样例2

class A//下面两个fun函数构成重定义/隐藏
{
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);
}
int main()
{
	test();
	return 0;
}

样例3

class A//下面两个fun函数构成重定义/隐藏
{
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();//fun函数构成隐藏所以A里面的fun函数不能被访问到
	b.A::fun();//要指定域
}
int main()
{
	test();
	return 0;
}

派生类子类的默认成员函数

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

  1. 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。
  2. 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。
  3. 派生类的operator=必须要调用基类的operator=完成基类的复制。
  4. 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。
  5. 派生类对象初始化先调用基类构造再调派生类构造。
  6. 派生类对象析构清理先调用派生类析构再调基类的析构。
  7. 因为后续一些场景析构函数需要构成重写重写的条件之一是函数名相同(这个我们后面会讲 解)。那么编译器会对析构函数名进行特殊处理处理成destrutor()所以父类析构函数不加virtual的情况下子类析构函数和父类析构函数构成隐藏关系。

在这里插入图片描述
对于普通类默认成员函数来说

1、内置类型
2、自定义类型

初始化和清理

内置类型不做处理但是由于模板是泛型的为了满足模板的使用模板对内置类型也做了处理
自定义类型调用对应的构造函数和析构函数

拷贝赋值

内置类型发生浅拷贝/值拷贝
自定义类型调用对应的拷贝或者赋值

对于派生类的默认成员函数来说

1、基类对象父类——调用父类对应的函数完成初始化/清理/拷贝
2、派生类自己的内置类型
3、派生类自己的自定义类型

在这里插入图片描述

派生类的构造

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://这里什么函数都不写
protected:
	int _num; //学号
};

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
派生类的拷贝构造

Student(const Student& s)//拷贝构造
	//调用父类拷贝构造把父类对象传过去但是我们拿不到父类对象直接把子类给过去父类会直接引用子类中父类有的部分切割/切片
		: Person(s)
		, _num(s._num)
	{}

在这里插入图片描述
派生类的赋值

Student& operator = (const Student& s)//派生类的赋值与父类赋值函数构成隐藏关系
	{
		if (this != &s)//防止自己给自己赋值
		{
			Person::operator =(s);//这里要显示调用指明父类不然会自己调用自己一直循环下去产生栈溢出
			_num = s._num;
		}
		return *this;
	}

派生类的析构
有问题的方法

~Student()
	{
		//~Person();//这样调不动
		Person::~Person();//这样可以调动
	}

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

派生类的析构函数是具有一些奇怪现象的

1、子类析构函数和父类析构函数构成隐藏关系。但是由于多态关系的需求所有的析构函数都会特殊处理成为destructor函数名我们后面会讲
2、要保证子类先析构父类后析构。子类析构函数不需要显示调用父类析构子类析构后会自动调用父类析构

正确的方法

~Student()
	{
		//~Person();//这样调不动
		//Person::~Person();//这样可以调动
		cout << "~Student() " << endl;
	}

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

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

class Student;
class Person
{
public:
	friend void Display(const Person& p, const Student& s);//Display是Person父类的友元
protected:
	string _name; // 姓名
};
class Student : public Person
{
//public://这样可以解决子类没有友元的问题
	//friend void Display(const Person& p, const Student& s);//Display是Person父类的友元
protected:
	int _stuNum; // 学号
};
void Display(const Person& p, const Student& s)
{
	cout << p._name << endl;
	cout << s._stuNum << endl;//这里调不动友元不能被继承子类没有Display这个函数
}
int main()
{
	Person p;
	Student s;
	Display(p, s);
	return 0;
}

以后我们尽量少用友元因为友元破环了封装我们可以随意访问类内的成员了
在这里插入图片描述
这里不能够注释掉上面的Student因为友元函数有Student的引用参数要进行前置声明

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

我们先来看看子类的普通成员

class Person
{
public:
	string _name; // 姓名
};
class Student : public Person
{
protected:
	int _stuNum; // 学号
};
int main()
{
	Student s;
	Person p;
	s._name = "张三";
	p._name = "李四";
	return 0;
}

在这里插入图片描述
接下来来看看静态成员

class Person
{
public:
	Person() { ++_count; }
//protected:
	string _name; // 姓名
public:
	static int _count; // 统计人的个数。
};

int Person::_count = 0;

class Student : public Person
{
protected:
	int _stuNum; // 学号
};
int main()
{
	Student s;
	Person p;
	s._name = "张三";
	p._name = "李四";
	s._count++;
	p._count++;
	cout << p._count << endl;
	cout << s._count << endl;
	cout << &p._count << endl;
	cout << &s._count << endl;
	return 0;
}

在这里插入图片描述

静态成员是属于整个类的存放在静态区的所有对象共享的。同时也属于所有的派生类和派生类对象.
而普通成员是属于每一个对象的

重要知识点

class Person
{
public:
	void Print()
	{
		cout << this << endl;//this就是下面的pr,值为00000000也就是空
		cout << _name << endl;//原本是this->_name,这里发生了解引用空指针和下面同理
		cout << _count << endl;//原本是this->_count,_count是静态变量存放在静态区属于全局的this不解引用可以访问到
	}
	string _name; // 姓名
public:
	static int _count; // 统计人的个数。
};
int Person::_count = 0;
int main()
{
	Person p;
	Person* pr = nullptr;
	//cout << pr->_name << endl;
	//_name在pr指向的对象里面对象里面只存成员变量随意pr要进行解引用*操作才能访问到
	//空指针解引用会报错

	pr->Print();
	//Print是成员函数成员函数是存放在代码段里面的不在对象内部所以pr不需要解引用就能够访问
	//这里的pr只是传递给了this指针了。没有进行解引用而是call了Print的函数地址

	cout << pr->_count << endl;
	//_count是静态成员存放在静态区的具有全局属性。所以_count不在对象里面pr也就不需要解引用可以直接访问

	(*pr).Print();//这里也是正确的有*并不表示进行了解引用这里的*pr.等价于pr->。
	(*pr)._count;//没有进行*操作而且直接访问到了Print和_count
	//所以这里的pr也只是为了传递给this。而(*pr).和pr->的作用是告诉我们去哪一个类里面找Print和_count等我们需要的变量或者函数
	return 0;
}

上面(*pr).和pr->的作用是告诉我们去哪一个类里面找Print和_count等我们需要的变量或者函数并没有进行解引用操作

在这里插入图片描述

复杂的菱形继承及菱形虚拟继承重点

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

在这里插入图片描述
如图所示这种情况也是单继承只不过是多级单继承罢了

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

在这里插入图片描述
也就是一个派生类有两个及两个以上的基类通过逗号隔开来使用

本来这个多继承是个很好的东西但是有些情况下有这个多继承特别麻烦

菱形继承

菱形继承是多继承的一种特殊情况

在这里插入图片描述
没错多继承可以演化成为菱形继承

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

在这里插入图片描述

样例

class Person
{
public:
	string _name; // 姓名
};

class Student : public Person
{
protected:
	int _num; //学号
};

class Teacher : public Person
{
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初步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";
}

在这里插入图片描述

但是数据冗余问题还没有解决为了解决这个问题C++提出了虚拟继承virtual

虚拟继承

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

虚拟继承的位置
在这里插入图片描述
在多继承的父类都要使用virtual虚拟继承

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
};

int main()
{
	Assistant a;
	a._name = "peter";//引入了virtual虚拟继承这里的_name就变成一份了
	a.Student::_name = "xxx";
	a.Teacher::_name = "yyy";
 }

在这里插入图片描述
虚拟继承解决了数据冗余和二义性问题

深入研究

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

菱形继承

class A
{
public:
	int _a;
};
class B : public A
{
public:
	int _b;
};
class C : public A
{
public:
	int _c;
};
class D : public B, public C
{
public:
	int _d;
};
int main()
{
	D d;
	d._b = 1;
	d._c = 2;
	d._d = 3;
	d.B::_a = 4;
	d.C::_a = 5;
 }

在这里插入图片描述

可以看出上面图中有两个_a一个是d.B::_a和d:C::_a
如果我们想要一份_a是不是就要采用虚拟继承了

菱形虚拟继承

class A
{
public:
	int _a;
};

class B : virtual public A
{
public:
	int _b;
};

class C : virtual public A
{
public:
	int _c;
};

class D : public B, public C
{
public:
	int _d;
};
int main()
{
	D d;
	d._b = 1;
	d._c = 2;
	d._d = 3;
	d.B::_a = 4;
	d.C::_a = 5;

 }

在这里插入图片描述
可以看到A到最下面去了但是这里的内存地址除了我们的123…以外还有一些地址比如f6 f7 00 00等等这些地址是干什么的呢

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
所以
这个偏移量是用来找虚基类对象的
我们知道虚基类是在对象下面的高地址处但是我们不知道虚基类和对象的具体距离所以需要这个偏移量来帮我们计算

这里是通过了B和C的两个指针指向的一张表。这两个指针叫虚基表指针;这两个表叫虚基表。虚基表中存的偏移量。通过偏移量可以找到下面的A

有人会问为什么D中B和C部分要去找属于自己的A那么大家看看当下面的赋值发生时d是不是要去找出B/C成员中的A才能赋值过去

 D d;
 B b = d;
 C c = d;

我们再举个样例

class A
{
public:
	int _a;
};

class B : virtual public A
{
public:
	int _b;
};

class C : virtual public A
{
public:
	int _c;
};

class D : public B, public C
{
public:
	int _d;
};
int main()
{
	D d;
	d._b = 1;
	d._c = 2;
	d._d = 3;
	d.B::_a = 4;
	d.C::_a = 5;
	d._a = 6;

	B b;
	b._a = 1;
	b._b = 2;
	B* ptr = &b;
	ptr->_a = 10;
	ptr = &d;
	ptr->_a = 20;
 }

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
当然菱形继承也是可以被掌握的就比如
在这里插入图片描述
C++大佬设计的iostream流就掌握了菱形继承但是我们别这么写风险很大

组合

// 继承
class X
{
	int _x;
	//X类有100个成员80个保护protected20个公有public
	//因为继承子类可以使用父类的保护对象所以一但父类的保护和公有成员被修改那么下面的Y类也要跟着修改
};
class Y : public X
{
	int _y;
};

// 组合
class M
{
	int _m;
	//M类有100个成员80个保护protected20个公有public
	//因为组合中N类不能访问M类内部的保护成员所以如果是M类内部的保护成员发生改变不会影响到N类对于M类的使用
};
class N
{
	M _mm;
	int _n;
};

什么就是一个最简单的组合
两者的区别

继承的父类中的保护成员子类可以用
组合中类对象的保护成员不能使用

如果有一个场景既可以用继承又可以用组合我们用哪一个好呢
用组合更好
因为

组合的模块与模块之间耦合度低而继承模块与模块之间的耦合度高。耦合度高某一个模块中有数据改动可能会影响到其他模块里面的数据

在这里插入图片描述

笔试面试题

  1. 什么是菱形继承菱形继承的问题是什么

菱形继承是多继承的一种特殊情况子类的多个父类中有一些父类所继承的父类是相同的
在这里插入图片描述
存在的问题
1、代码/数据冗余相同的代码存在多份
2、存在二义性问题我们调用子类的成员变量要指明是哪一个父类不然会报错

  1. 什么是菱形虚拟继承如何解决数据冗余和二义性的

在多继承子类的每一个父类也就是上图的腰部继承方法前面加上virtual使父类产生虚拟继承共同继承于虚基类Person使得父类中多份数据只存在一份了
在小端机器中编译器把虚基类放到了进程地址的最下端地址最高处。为了方便父类找到虚基类父类的地址中除了存放父类内部的变量和函数以外还有一个地址存放着虚基表指针这个指针指向虚基表而虚基表里面就存放着父类到虚基类的偏移量每一个父类到虚基类的偏移量都不同所以对于菱形继承来说每一个父类都有着一个虚基表指针来记录自己与虚基类的偏移量。这样我们想要调用虚基类的函数/变量也就是多个父类相同的数据和代码部分时通过类内的虚基表指针找到虚基表然后拿到父类到虚基类的偏移量最后再调用虚基类内部的成员/函数即可调用成功

  1. 继承和组合的区别什么时候用继承什么时候用组合

两者的区别继承的父类中的保护成员子类可以用;组合中类对象的保护成员不能使用
具体场景具体分析比如学生父亲…和人之间就可以使用继承而眼睛和耳朵、鼻子的场景就采用组合。因为我们可以说学生父亲是一个人但是我们不能说眼睛是耳朵是鼻子我们只能说眼睛在鼻子上面
当一个场景既可以用继承又可以用组合时我们采用组合因为组合的模块耦合度低影响小

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。

优先使用组合而不是继承

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。

阿里云国内75折 回扣 微信号：monov8
阿里云国际，腾讯云国际，低至75折。AWS 93折 免费开户实名账号 代冲值 优惠多多 微信号：monov8 飞机：@monov6
标签: c++
返回列表

上一篇：9 多分类问题

下一篇：复试算法练习Day15——输入n个整数，输出其中最小的k个

“【C++】继承” 的相关文章

C++1年前 (2023-02-02)
PCL 逐点插入法构建Delaunay三角网（C++详细过程版）1年前 (2023-02-02)
C++基础语法 3（面向对象、C++在执行过程当中4个区域、引用）1年前 (2023-02-02)
c++、php、java、python、javascript对比，同一功能用5种编程语言写一遍，谁才是最好的编程语言？_c++ java php1年前 (2023-02-02)
Open3D (C++) 最小生成树用于法向量定向1年前 (2023-02-02)
C++静态成员和静态函数（非类）1年前 (2023-02-02)
关于浮点数使用的两个注意事项(C/C++)1年前 (2023-02-02)
C/C++宏定义注意事项1年前 (2023-02-02)
ue4c++日记3（碰撞报告碰撞位置|力和扭矩）1年前 (2023-02-02)
C\C++中结构体-字节对齐1年前 (2023-02-02)

阿里云国际版