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一、什么是继承？
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。
以下是继承的格式：
//基类
class Person
{
public:
void Print()
{
cout << "name: " << _name << endl;;
cout << "age: " << _age << endl;;
}
protected:
string _name;
int _age;
};
//派生类
class Student : public Person
{
protected:
string _stuId;
};
class Teacher : public Person
{
protected:
string _jobId;
};
继承方式和访问限定符类似，分为public继承，protected继承和private继承。不同继承方式会产生不同效果。
| 类成员/继承方式 | public继承 | protected继承 | private继承 |
|---|---|---|---|
| 基类的public | 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 | 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 | 在派生类中不可见 | 在派生类中不可见 | 在派生类中不可见 |
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。可以看出保护成员限定符是因继承才出现的。
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。
举个例子：
//基类
class Person
{
public:
void Print()
{
cout << "name: " << _name << endl;;
cout << "age: " << _age << endl;;
}
void modify(int x = 10)
{
_age = x;
}
protected:
string _name;
private:
int _age;
};
//派生类
class Student : public Person
{
public:
void Print()
{
cout << _name << _age << _stuId << endl; //这一行会报错
}
protected:
string _stuId;
};
当我们在派生类中要访问基类private成员时就会报错：
二、基类和派生类的赋值转换
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。
class Person
{
public:
protected:
string _name;
string _sex;
int _age;
};
class Student : public Person
{
public:
protected:
int _stuId;
};
void test1()
{
Student s;
//派生类对象可以复制给基类
Person p = s;
Person* pp = &s;
Person& rp = s;
}
同时，基类对象不能赋值给派生类对象。
基类的指针可以通过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。
class Person
{
public:
protected:
string _name;
string _sex;
int _age;
};
class Student : public Person
{
public:
int _stuId;
};
void test1()
{
Student s;
Person p = s;
Person* pp = &s;
Person& rp = s;
//基类指针可以通过强制类型转换赋值给派生类指针
pp = &s;
Student* ps1 = (Student*)pp; //这种转换是可以的
ps1->_stuId = 11;
pp = &p;
Student* ps2 = (Student*)pp; //这回存在越界访问
ps2->_stuId = 12;
}
三、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）
class Person
{
protected:
string _name = "张三";
int _num = 99;
};
class Student : public Person
{
public:
void Print()
{
cout << _name << endl;
cout << Person::_num << endl;
cout << _num << endl;
}
protected:
int _num = 11;
};
void test2()
{
Student s;
s.Print();
}
看一下结果：
- 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。
class Person
{
public:
void func()
{
cout << "Person" << endl;
}
protected:
string _name = "张三";
int _num = 99;
};
class Student : public Person
{
public:
void Print()
{
cout << _name << endl;
cout << Person::_num << endl;
cout << _num << endl;
}
void func()
{
cout << "Student" << endl;
}
protected:
int _num = 11;
};
void test2()
{
Student s;
s.Print();
s.func();
s.Person::func();
}
结果如下：
这两个函数并不构成重载，因为不在同一作用域
四、派生类的默认成员函数
我们知道一个类有六个默认成员函数我们不写，编译器会自动生成，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去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;
};
class Student : public Person
{
public:
Student(const char* name = "Wayne", int num = 10)
: 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;
};
void test3()
{
Student s1;
}
结果如下：
五、继承与友元和静态成员的关系
对于基类的友元关系来说：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
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 。
六、菱形继承与菱形虚继承
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：从上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Derive的对象中base成员会有两份。
class Person
{
public:
string _name;
};
class Student : public Person
{
protected:
int _stuId;
};
class Teacher : public Person
{
protected:
int _jobId;
};
class Assistant : public Student, public Teacher
{
protected:
string _major;
};
void test4()
{
Assistant a;
a._name = "Mike"; //这里就会产生二义性
//虽然解决了二义性，但是依然有数据冗余
a.Student::_name = "Wayen";
a.Teacher::_name = "Mike";
}
编译器会报错：
虚拟继承可以解决菱形继承的二义性和数据冗余的问题。
class Person
{
public:
string _name;
};
class Student : virtual public Person
{
protected:
int _stuId;
};
class Teacher : virtual public Person
{
protected:
int _jobId;
};
class Assistant : public Student, public Teacher
{
protected:
string _major;
};
void test4()
{
Assistant a;
a._name = "Mike";
//虽然解决了二义性，但是依然有数据冗余
/*a.Student::_name = "Wayen";
a.Teacher::_name = "Mike";*/
}
使用了虚继承以后，在Student和Teacher中会多出两个指针的空间，这两个指针会指向一张表。这两个指针叫虚基表指针，这两个表叫虚基表。虚基表中存有偏移量。通过偏移量可以找到公共的虚基类。
总结
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。
对于继承和组合：
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)。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。
