C++继承详谈

2024-07-14 09:42| 来源: 网络整理| 查看: 265

C++继承详谈——继承的基本概念和使用、菱形继承、虚拟菱形继承原理和继承的笔试面试题 1. 继承的概念和定义什么是继承? 继承关系和访问限定符 2. 基类和派生类对象赋值转换3. 继承中的作用域Q1: 重载vs隐藏 4. 派生类的默认成员函数5. 友元与静态成员友元关系不能继承，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 6. 复杂的菱形继承和虚拟菱形继承单继承多继承菱形继承1> 菱形继承的问题：数据冗余和二义性2> 解决办法：虚拟继承virtual3> 虚拟继承解决数据冗余和二义性的原理 7.继承总结与反思8. 继承的笔试面试题Q1：什么是菱形继承？菱形继承的问题是什么？Q2：什么是菱形虚拟继承？如何解决数据冗余和二义性的Q3：继承和组合的区别？什么时候用继承？什么时候用组合？

1. 继承的概念和定义

首先回顾一下C++面向对象的三大特性：封装、继承和多态。先解释前两个

封装：本质上一种更好的管理。相较于C语言面向过程，C++将数据和方法都要放在类中进行管理，再通过访问限定符进行限制。继承：从类设计的角度来说，是为了避免重复定义数据和方法，进行类角度的复用。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。

下面这张图

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方式有三类：public、protected和private。访问限定符也有三类：public、protected和private。

派生类继承基类成员访问方式的变化是怎样的呢？在这里插入图片描述首先，我们可以总结出基类的成员在子类的访问方式：

基类的private成员无论何种继承方式在子类中都不可见。注意：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基类的其他成员在子类的继承方式==Min(成员在基类的访问限定符，继承方式)，public > protected > private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 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。

在这里插入图片描述

基类对象不能赋值给派生类对象在这里插入图片描述

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。在这里插入图片描述

3. 继承中的作用域

在这里插入图片描述

从上述代码我们可以得出以下结论：

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。注意在实际中在继承体系里面最好不要定义同名的成员 Q1: 重载vs隐藏

了解了继承的隐藏后，观察下面这段代码，fun()和fun(int i)是重载还是隐藏？在这里插入图片描述

4. 派生类的默认成员函数

首先回顾一下C++中的6个默认成员函数，即不写，编译器默认帮我们生成一个在这里插入图片描述那么，在派生类中是怎样生成的呢？派生类的默认成员函数必须先调用基类的默认成员函数，再调用派生类的默认成员函数。

但是，派生类的析构函数是一个特例，派生类的析构函数先调用派生类的析构函数再调用基类的析构函数，并且派生类的析构函数会在调用完成后自动调用基类的析构函数清理基类成员。原因可以从上图看到基类析构函数先入栈，因此顺序和前5个默认成员函数相反！在这里插入图片描述

5. 友元与静态成员友元关系不能继承，也就是说基类友元不能访问子类私有和保护成员

在这里插入图片描述

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

在这里插入图片描述

6. 复杂的菱形继承和虚拟菱形继承单继承

一个子类只有一个直接父类在这里插入图片描述

多继承

一个子类有两个或两个以上的直接父类在这里插入图片描述

菱形继承

一个子类有多个父类，且这个子类的多个父类作为子类时，又有共同的一个父类。菱形继承时多继承的特殊情况在这里插入图片描述

1> 菱形继承的问题：数据冗余和二义性

来看菱形继承的下面这段代码，我们会发现菱形继承的问题

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

从上图不难看出，菱形继承存在的两个问题：

数据冗余二义性 2> 解决办法：虚拟继承virtual

如何解决上述的两个问题呢？ C++通过引入虚拟继承来解决上述问题，其操作是在Student类和Teacher类继承Person类时使用虚拟继承，加virtual关键字

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"; a.Student::_name = "xxx"; a.Teacher::_name = "yyy"; }

在这里插入图片描述注意：使用virtual关键字加虚拟继承的位置是在共同的父类上，即Person类

3> 虚拟继承解决数据冗余和二义性的原理

我们写一个简化版本的代码，透过内存观察虚拟继承的本质，首先看没有虚拟继承

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; }; void Test() { D d; cout public: int _b; }; class C : virtual public A { public: int _c; }; class D : public B, public C { public: int _d; }; void Test() { D d; cout

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