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继承的概念 继承(inheritance) 机制是面… 文章目录 继承的概念及定义继承的概念继承定义 基类和派生类对象赋值转换继承中的作用域派生类的默认成员函数继承与友元继承与静态成员复杂的菱形继承及菱形虚拟继承菱形继承菱形虚拟继承 继承的总结和反思笔试面试题 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。 对于下面的学生类和老师类我们发现他们具有很多同样的信息
class Person
{
public:void Print(){cout name: _name endl;cout age: _age endl;}
protected:string _name peter; // 姓名int _age 18; // 年龄
};class Student : public Person
{
protected:int _stuid; // 学号
};class Teacher : public Person
{
protected:int _jobid; // 工号
};继承后父类Person的成员(成员函数和成员变量)都会变成子类的一部分也就是说子类Student和Teacher中都有变量_name和_age和Print()函数并且独立的有自己的_stuid / _jobid. 继承定义
定义格式 继承关系和访问限定符
继承关系有public继承、protect继承、private继承访问限定符有public、protect、private 基类中被不同访问限定符修饰的成员以不同的继承方式继承到派生类当中后该成员最终在派生类当中的访问方式将会发生变化。又组合知识得出共有9种结果。 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
对上表我们稍作分析就可以观察到 1、在基类当中的访问方式为private的成员在派生类当中都是不可见的无论以任何方式继承。 2、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。 3、在基类当中的访问方式为public或protected的成员在派生类当中的访问方式变为Min(成员在基类的访问方式继承方式)。其中三种访问限定符的权限大小为public protected private 4、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。
基类和派生类对象赋值转换
double d 1.1;
int i d;
//int r d;//报错
//因为该语句会先将d赋值给临时变量而临时变量是const的无法直接赋值r因为这是权限的放大不合法。而下面这段代码是正确的
const int r d;//d转换到r要产生临时变量
string s abcd;
const string rs abcd;Student s;//子类
Person p s;//父类
Perspon rp s;//子类对象赋值个基类引用而在public继承中父类和子类是一个is - a 的关系子类对象 可以赋值给 父类的对象 / 父类的指针 / 父类的引用。我们认为是天然的中间不产生临时对象的这个叫做父子类赋值兼容规则切割/切片 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(Run-Time Type Information)的dynamic_cast来进行识别后进行安全转换。
派生类对象赋值给基类对象 派生类对象赋值给基类指针 派生类对象赋值给基类引用
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。注意在实际中在继承体系里面最好不要定义同名的成员。
// Student的_num和Person的_num构成隐藏关系
class Person
{
protected :int _num 110;//身份证号
};
class Student : public Person
{
public:void Print(){cout 学号: _num endl;}
protected:int _num 120;//学号
};
void Test()
{Student s1;s1.Print();
};
int main()
{Test();//由于就近原则找自己定义的所以打印出 学号:120return 0;
}父类成员和子类成员可以相同因为它们处于不同的作用域 默认情况下是直接访问子类的子类同名成员隐藏了父类的同名成员 继承中同名的成员函数函数名相同就构成隐藏不管参数和返回值 如果需要访问基类中的_num成员可以使用下面的方式 使用 基类::基类成员 cout Person::_num endl; //指定访问父类当中的_num成员 对于以下代码调用成员函数fun时将直接调用子类当中的fun若想调用父类当中的fun则需使用作用域限定符指定类域。
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); //func(int i)-10b.A::fun();//func()};
int main()
{Test();return 0;
}上述代码中父类中的fun和子类中的fun不是构成函数重载 因为函数重载要求两个函数在同一作用域。 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。 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 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。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。
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 id):Person(name), _id(id){cout Student(const char* name, int id) endl;}Student(const Student s):Person(s),_id(s._id){cout Student(const Student s) endl;}Student operator(const Student s){if (s ! this){Person::operator (s);_id s._id;}cout Student operator(const Student s) endl;return *this;}~Student(){cout ~Student() endl;}
protected:int _id;
};
int main()
{Student s1(zhangsan, 18);Student s2(s1);Student s3(lisi, 19);s1 s3;return 0;
}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 #include iostream
#include string
using namespace std;
class Student;
class Person
{
public://声明Display是Person的友元friend void Display(const Person p, const Student s);
protected:string _name; //姓名
};
class Student : public Person
{
protected:int _id; //学号
};
void Display(const Person p, const Student s)
{cout p._name endl; //可以访问cout s._id endl; //无法访问
}
int main()
{Person p;Student s;Display(p, s);return 0;
} 对于上述代码Display函数仅是Person类的友元但并不是Student类的友元所以 cout p._name endl; //可以访问 cout s._id endl; //无法访问 若想使下面语句正常使用则要在派生类Student当中进行友元声明。 class Student : public Person
{
public://声明Display是Student的友元friend void Display(const Person p, const Student s);
protected:int _id; //学号
};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 在基类Person当中定义了静态成员变量_countPerson又继承了派生类Studen但在整个程序中只有一个该静态成员。 在基类Person的构造函数当中设置_count进行自增就可以得出构造了多少个Person和Studen类的对象
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 s1;Person p1;cout Person::_count \n; //2return 0;
}复杂的菱形继承及菱形虚拟继承
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 菱形继承的继承方式存在数据冗余和二义性的问题。 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()
{// 这样会有二义性无法明确知道访问的是哪一个//a._name zhangsanAssistant a;// 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 同学;a.Teacher::_name 老师;}
int main()
{Test();return 0;
}虽然该方法可以解决二义性的问题但仍然不能解决数据冗余的问题。因为在Assistant的对象在Person成员始终会存在两份。因此引入了菱形虚拟继承。
菱形虚拟继承 class Person
{
public:string _name;
};
class Student : virtual public Person //虚拟继承
{
protected:int _num;
};
class Teacher : virtual public Person //虚拟继承
{
protected:int _id;
};
class Assistant : public Student, public Teacher
{
protected:string _majorCourse;
};
int main()
{Assistant a;a._name zhangsan; //此时_name唯一一份return 0;
}
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。
class A
{
public:int _a;
};
//class B : public A
class B : virtual public A
{
public:int _b;
};
//class C : public A
class C : virtual public A
{
public:int _c;
};
class D : public B, public C
{
public:int _d;
};
int main()
{D d;d.B::_a 1;d.C::_a 2;d._b 3;d._c 4;d._d 5;return 0;
}首先我们对于不使用菱形虚拟继承进行分析 我们发现D类对象当中各个成员在内存当中的分布情况如下 这样就看出D类对象中含有两个_a成员如果成员多那就浪费空间极大。 其次我们在使用菱形虚拟继承进行分析我们发现D类对象当中各个成员在内存当中的分布情况如下 其中D类对象当中的_a成员被放到了最后而在原来存放两个_a成员的位置变成了两个指针这两个指针叫虚基表指针它们分别指向一个虚基表。虚基表中包含两个数据第一个数据是为多态的虚表预留的存偏移量的位置第二个数据就是当前类对象位置距离公共虚基类的偏移量。 也就是说经过一系列计算最终都可以找到成员_a。 继承的总结和反思
C的语法复杂其中一方面就体现在了继承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。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。 若是两个类之间既可以看作is-a的关系又可以看作has-a的关系则优先使用组合。
// Car和BMW Car和Benz构成is-a的关系
class Car
{
protected:string _colour 白色; // 颜色string _num 陕ABIT00; // 车牌号
};
class BMW : public Car
{
public:void Drive() {cout 好开-操控 endl;}
};
class Benz : public Car
{
public:void Drive() {cout 好坐-舒适 endl;}
};
// Tire和Car构成has-a的关系
class Tire
{
protected:string _brand Michelin; // 品牌size_t _size 17; // 尺寸
};
class Car
{
protected:string _colour 白色; // 颜色string _num 陕ABIT00; // 车牌号Tire _t; // 轮胎
};笔试面试题 Q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两个子类继承同一个父类而又有子类同时继承这两个子类我们称这种继承为菱形继承。 菱形继承因为子类对象当中会有两份父类的成员因此会导致数据冗余和二义性的问题。 Q什么是菱形虚拟继承如何解决数据冗余和二义性的 虚拟继承可以解决菱形继承的二义性和数据冗余的问题。菱形虚拟继承是指在菱形继承的腰部使用虚拟继承(virtual)的继承方式即可解决问题。将Person类的成员存储一份采用虚基表指针和虚基表使得Assistant类对象当中继承的Student类和Teacher类可以找到自己继承的Person类成员从而解决了数据冗余和二义性的问题。 Q继承和组合的区别什么时候用继承什么时候用组合 继承是一种is-a的关系而组合是一种has-a的关系。 如果两个类之间是is-a的关系使用继承(什么是什么) 如果两个类之间是has-a的关系则使用组合什么有什么 如果两个类之间的关系既可以看作is-a的关系又可以看作has-a的关系则优先使用组合。
