文章目錄

• 繼承
• • 繼承的概念
  • 繼承方式及權(quán)限
  • using改變成員的訪問(wèn)權(quán)限
  • 基類與派生類的賦值轉(zhuǎn)換
  • 回避虛函數(shù)機(jī)制
  • 派生類的默認(rèn)成員函數(shù)
  • 友元與靜態(tài)成員
• 多繼承
• • 菱形繼承
  • 虛繼承
• 組合

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繼承

繼承的概念

繼承可以使得子類具有父類的屬性和方法或者重新定義、追加屬性和方法等。

當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)類時(shí)，我們可以繼承一個(gè)已有類的成員和方法，并且在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行提升，這個(gè)被繼承的類叫做基類，而這個(gè)繼承后新建的類叫做派生類。基類必須是已經(jīng)定義而非僅僅聲明，因此，一個(gè)類不能派生它本身。

繼承這種通過(guò)生成子類的復(fù)用通常被稱為 白箱復(fù)用(white-box reuse) 。術(shù)語(yǔ) 白箱 是相對(duì)可視性而言：在繼承方式中，父類的內(nèi)部細(xì)節(jié)對(duì)子類可見(jiàn)。

派生類的作用域嵌套在基類的作用域之內(nèi)。

class [派生類名] : [繼承類型] [基類名]

[繼承類型] [基類名] 的組合被稱為派生列表，值得注意的是，派生列表僅出現(xiàn)在定義中，而不能出現(xiàn)在聲明中：

class A : public B; // ERROR：派生列表不能出現(xiàn)在聲明中

正確實(shí)現(xiàn)如下：

class Human { public:Human(string name = "張三", int age = 18) : _name(name), _age(age){}void Print(){cout << "name:" << _name << endl;cout << "age:" << _age << endl;}protected:string _name;int _age; };class Student : public Human { public:Student(string stuNum = "123456") : Human(), _stuNum(stuNum){}void Print() // 將父類的Print函數(shù)重定向成自己的Print函數(shù){Human::Print();cout << "stuNum:" << _stuNum << endl;}protected:string _stuNum; // 增加的成員變量 };int main() {Human h1;Student s1;h1.Print();cout << endl;s1.Print();return 0; }

基類和派生類都具有他們各自的作用域，那如果出現(xiàn)同名的成員（如上面的 Print函數(shù) ），此時(shí)會(huì)怎么樣呢？這里就要牽扯到一個(gè)概念——隱藏。（隱藏而非 重載 ，方法名雖然相同，但處于不同的作用域中。）

隱藏：也叫做重定義，當(dāng)基類和派生類中出現(xiàn)重名的成員時(shí)，派生類就會(huì)將基類的同名成員給隱藏起來(lái)，然后使用自己的。（但是隱藏并不意味著就無(wú)法訪問(wèn)，可以通過(guò)聲明基類作用域來(lái)訪問(wèn)到隱藏成員。)

因此 s1 調(diào)用 Print函數(shù) 時(shí)不會(huì)調(diào)用父類的，而是調(diào)用自己的。

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繼承方式及權(quán)限

繼承的方式和類的訪問(wèn)限定符一樣，分為 public(公有繼承)、private(私有繼承)、protected(保護(hù)繼承) 三種。

關(guān)于 protected ：

對(duì)于類的對(duì)象來(lái)說(shuō)是不可訪問(wèn)的。

class Human { private:int pri; protected:int pro; public:int pub; };

對(duì)于派生類的成員（數(shù)據(jù)成員or成員函數(shù)）和基類的友元來(lái)說(shuō)是可以訪問(wèn)的。

子類/子類的友元不能直接訪問(wèn)父類的受保護(hù)成員，只能通過(guò)子類對(duì)象來(lái)訪問(wèn)。 如果子類（及其友元）能直接訪問(wèn)父類的受保護(hù)成員，那么 protected 提供的訪問(wèn)保護(hù)也就太不安全了。

class Human { protected:int age; };class Student : public Human {int stu_id;friend void get(Human&); // 不能訪問(wèn)Human::agefriend void get(Student&); // 可以訪問(wèn)Student:age };

基類成員的訪問(wèn)說(shuō)明符/派生類的繼承方式

對(duì)基類成員的訪問(wèn)權(quán)限只與基類中的訪問(wèn)說(shuō)明符有關(guān)，與派生類的繼承方式無(wú)關(guān)。

class Human { private:int pri; protected:int pro; public:int pub;friend int f(Human h) { return h.pro; } };class Student : public Human {int f1() { return pri; } // ERROR：縱然是public繼承也不可以訪問(wèn)private成員int f2() { return pro; } // 正確：protected成員可以被派生類訪問(wèn) };class Teacher : private Human {int f1() { return pro; } // 正確：protected成員可以被派生類訪問(wèn)，即使繼承方式是private };

繼承方式控制派生類對(duì)象（包括派生類的派生類）對(duì)于基類成員的訪問(wèn)權(quán)限。

總結(jié)來(lái)講父類成員的訪問(wèn)權(quán)限決定了子類是否能訪問(wèn)該成員，而繼承方式?jīng)Q定了父類成員在子類中的新權(quán)限是怎樣的：

• public：繼承自父類的成員在父類中是什么權(quán)限，子類中就是什么權(quán)限。
• protected：繼承自父類的成員其訪問(wèn)權(quán)限都變成 protected。
• private：繼承自父類的成員其訪問(wèn)權(quán)限都變成 private。

派生類向基類轉(zhuǎn)換的可訪問(wèn)性

假設(shè) D 繼承自 B：

• 只有當(dāng) D 公有地繼承 B 時(shí)，派生類對(duì)象才能使用派生類向基類的轉(zhuǎn)換；如果繼承方式是受保護(hù)的或者私有的，則不能使用該轉(zhuǎn)換。
• 不論 D 以什么方式繼承 B，D 的成員函數(shù)和友元都能使用派生類向基類的轉(zhuǎn)換。換言之，派生類向其直接基類的類型轉(zhuǎn)換對(duì)于派生類的成員和友元來(lái)說(shuō)永遠(yuǎn)是可訪問(wèn)的。
• 如果繼承方式是公有的或者受保護(hù)的，則派生類的成員和友元可以使用 D 向 B 的類型轉(zhuǎn)換；反之，如果繼承方式是私有的，則不能使用。

默認(rèn)的繼承方式

默認(rèn)情況下：

• 使用 class 關(guān)鍵字定義的派生類是私有繼承的
• 使用 struct 關(guān)鍵字定義的派生類是公有繼承的

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using改變成員的訪問(wèn)權(quán)限

我們說(shuō)繼承方式?jīng)Q定了派生類的對(duì)象及派生類的子類對(duì)繼承來(lái)的成員的訪問(wèn)權(quán)限，但這不是絕對(duì)的，我們可以通過(guò) using 改變成員的訪問(wèn)權(quán)限，但只能改變派生類能訪問(wèn)的成員，即基類中的 protected 和 public 成員。

class Human { private:int pri; protected:int pro; public:int pub; };class Teacher : private Human { // 私有繼承 private:// 只能被類的成員or友元訪問(wèn) public:using Human::pri; // 錯(cuò)誤：using只能為派生類可訪問(wèn)的成員提供聲明using Human::pro; // Teacher的對(duì)象、成員、友元、子類都可以訪問(wèn) protected:using Human::pro; // Teacher的對(duì)象、成員、友元可以訪問(wèn)using Human::pub; };

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基類與派生類的賦值轉(zhuǎn)換

我們?cè)?四種強(qiáng)制轉(zhuǎn)換類型中的 dynamic_cast 部分 提到過(guò)父類與子類的賦值轉(zhuǎn)換

派生類可以賦值給基類的對(duì)象、指針或者引用，這樣的賦值也叫做 對(duì)象切割 。

當(dāng)把派生類賦值給基類時(shí)，可以通過(guò)切割掉多出來(lái)的成員如 _stuNum 來(lái)完成賦值。
但是 基類對(duì)象 不可以賦值給 派生類 ，因?yàn)樗荒軕{空多一個(gè) _stuNum 成員出來(lái)。

但是 基類的指針卻可以通過(guò)強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換賦值給派生類對(duì)象 ， 如：

int main() {Human h1;Student s1;Human* hPtrs = &s1; // 指向派生類對(duì)象Human* hPtrh = &h1; // 指向基類對(duì)象// 傳統(tǒng)方法Student* pPtr = (Student*)hPtrs; // 沒(méi)問(wèn)題Student* pPtr = (Student*)hPtrh; // 有時(shí)候沒(méi)有問(wèn)題，但是會(huì)存在越界風(fēng)險(xiǎn)// 如果父類之中包含虛函數(shù)，可以使用dynamic_castStudent* pPtr = dynamic_cast<Student*>(hPtrh);// 如果確認(rèn)基類向派生類的轉(zhuǎn)換是安全的，可以使用static_castStudent* pPtr = static_cast<Student*>(hPtrs);return 0; }

總結(jié)來(lái)講：

• 派生類可以賦值給基類的對(duì)象、指針或者引用
• 基類對(duì)象不能賦值給派生類對(duì)象
• 基類的指針可以通過(guò)強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換賦值給派生類的指針。但是必須是基類的指針是指向派生類對(duì)象時(shí)才是安全的，否則會(huì)存在越界的風(fēng)險(xiǎn)。但基類如果是多態(tài)類型（父類之中包含虛函數(shù)），則可以使用 RTTI 的 dynamic_cast 來(lái)實(shí)現(xiàn) 指向基類的基類指針 到 派生類對(duì)象 的安全轉(zhuǎn)換。

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回避虛函數(shù)機(jī)制

我們說(shuō)多態(tài)是為了實(shí)現(xiàn)子類對(duì)于同一操作的不同結(jié)果，但有時(shí)候，派生類需要調(diào)用其父類的虛函數(shù)版本，而非自己的虛函數(shù)版本：

int main() {Human h1;Student s1;Human* hPtrs = &s1; // 指向派生類對(duì)象hPtrs->print(); // 由于hPtrs指向子類對(duì)象，因此調(diào)用子類的虛函數(shù)hPtrs->Human::print(); // 強(qiáng)行調(diào)用Human中的虛函數(shù)，而不在意hPtrs的動(dòng)態(tài)類型return 0; }

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派生類的默認(rèn)成員函數(shù)

之前有寫(xiě)過(guò) 類的默認(rèn)六個(gè)成員函數(shù)

class Human { public:Human(){cout << "Human 構(gòu)造函數(shù)" << endl;}~Human(){cout << "Human 析構(gòu)函數(shù)" << endl;}protected:string _name;int _age; };class Student : public Human { public:Student(){cout << "Student 構(gòu)造函數(shù)" << _name << endl;}~Student(){//~Human(); 不需要手動(dòng)調(diào)用父類的析構(gòu)函數(shù)，編譯器會(huì)在子類析構(gòu)函數(shù)結(jié)束后自動(dòng)調(diào)用。cout << "Student 析構(gòu)函數(shù)" << endl;} protected:string _stuNum; };int main() {Student s1;return 0; }

可以看到，調(diào)用派生類的默認(rèn)成員函數(shù)時(shí)都會(huì)調(diào)用基類的默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)。

• 派生類的構(gòu)造函數(shù)必須調(diào)用基類的構(gòu)造函數(shù)初始化基類的那一部分成員。如果基類沒(méi)有默認(rèn)的構(gòu)造函數(shù)，則必須在派生類構(gòu)造函數(shù)的初始化列表階段顯示調(diào)用。
• 派生類的拷貝構(gòu)造函數(shù)必須調(diào)用基類的拷貝構(gòu)造完成基類的拷貝初始化。
• 派生類的 operator= 必須要調(diào)用基類的 operator= 完成基類的復(fù)制。
• 派生類的析構(gòu)函數(shù)會(huì)在被調(diào)用完成后自動(dòng)調(diào)用基類的析構(gòu)函數(shù)清理基類成員。

在派生類的析構(gòu)函數(shù)中，基類的析構(gòu)函數(shù)會(huì)被隱藏，為了實(shí)現(xiàn)多態(tài)，它們都會(huì)被編譯器重命名為 destructor 。

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友元與靜態(tài)成員

友元

友元關(guān)系是不會(huì)繼承的（友元關(guān)系不具有傳遞性），可以這樣理解，你長(zhǎng)輩的朋友并不是你的朋友。

• 基類的友元能訪問(wèn)基類的私有/保護(hù)成員，但不能訪問(wèn)子類的私有/保護(hù)成員。（當(dāng)然基類本身也無(wú)法訪問(wèn)子類的私有成員。）
• 子類訪問(wèn)父類友元的私有成員就更不用想了：
• 一是友元關(guān)系并不對(duì)稱，A 是 B 的友元，B 不一定是 A 的友元，也就是說(shuō)父類本身都不一定能訪問(wèn)父類友元的私有成員（父類不一定是其友元的友元），何況子類；
• 二是就算父類是其友元的友元，但友元關(guān)系不具有傳遞性，子類不一定是父類友元的友元。
• 子類的友元無(wú)法訪問(wèn)父類的私有/保護(hù)成員。

靜態(tài)成員

無(wú)論繼承了多少次，派生了多少子類，靜態(tài)成員在這整個(gè)繼承體系中有且只有一個(gè)。靜態(tài)成員不再單獨(dú)屬于某一個(gè)類亦或者是某一個(gè)對(duì)象，而是屬于這一整個(gè)繼承體系。

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多繼承

如果一個(gè)子類同時(shí)繼承兩個(gè)或以上的父類時(shí)，此時(shí)就是多繼承。

多繼承雖然能很好的繼承多個(gè)父類的特性，達(dá)到復(fù)用代碼的效果，但是他也有著很多的隱患，例如菱形繼承的問(wèn)題，這也就是為什么后期的一些語(yǔ)言如 java 把多繼承去掉的原因。

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菱形繼承

class Human { public:int _age; };class Student : public Human { public:int _stuNum; };class Teacher : public Human { public:int _teaNum; };

這里有著人類、學(xué)生類、老師類。在學(xué)校中，還存在著同時(shí)具有老師和學(xué)生這兩個(gè)屬性的人，也就是助教。所以我們可以讓他同時(shí)繼承 teacher類 和 student類 。

class Assistant : public Teacher, public Student { };

按照道理來(lái)說(shuō)，各個(gè)類的大小應(yīng)該是這樣的。Human 類4個(gè)字節(jié)，Teacher 和 Student 都是8個(gè)字節(jié)，而 Assistant 是12個(gè)字節(jié)。但是實(shí)際上 Assistant 卻是16字節(jié)。

這就是菱形繼承的 數(shù)據(jù)冗余 和 二義性 問(wèn)題的體現(xiàn)。

這里的 Teacher 和 Student 都從 Human 中繼承了相同的成員 _age 。但是 Assistant 再?gòu)?Teacher 和 Student 繼承時(shí)，就分別把這兩個(gè) _age 都給繼承了過(guò)來(lái)。

這就是數(shù)據(jù)冗余問(wèn)題。

倘若我們想要給那個(gè) _age 賦值：

因?yàn)槔锩娲嬖趦蓚€(gè)一樣的 _age ，因此需要指定作用域：

這也就是二義性問(wèn)題。

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虛繼承

想解決二義性很簡(jiǎn)單，當(dāng)多個(gè)類繼承同一個(gè)類時(shí)，就在繼承這個(gè)類時(shí)，為其添加一個(gè)虛擬繼承的屬性。

class Student : virtual public Human { public:int _stuNum; };class Teacher : virtual public Human { public:int _teaNum; };

這時(shí)就可以看到，它只繼承了一次。

接下來(lái)看看大小：

按照道理來(lái)說(shuō)，a 應(yīng)該是 12字節(jié)，t 、 s 應(yīng)該是 8字節(jié) 啊？這里就牽扯到了C++的對(duì)象模型，先推薦一篇博客： C++中的虛函數(shù)(表)實(shí)現(xiàn)機(jī)制以及用C語(yǔ)言對(duì)其進(jìn)行的模擬實(shí)現(xiàn)

這里多出來(lái)的 8個(gè)字節(jié)，其實(shí)是兩個(gè)虛基表指針(vbptr)。同理，s 、t 多出來(lái)的 4字節(jié)，是 一個(gè)vbptr 。

因?yàn)檫@里 Human 中的 _age 是 teacher 和 student 共有的，所以為了能夠方便處理，在內(nèi)存中分布的時(shí)候，就會(huì)把這個(gè)共有成員 _age 放到對(duì)象組成的最末尾的位置。然后在建立一個(gè)虛基表，這個(gè)表記錄了各個(gè)虛繼承的類在找到這個(gè)共有的元素時(shí)，在內(nèi)存中偏移量的大小，而虛基表指針則指向了各自的偏移量。

這里打個(gè)比方：

通過(guò)這個(gè)偏移量，他們能夠找到自己的 _age 的位置。

為什么需要這個(gè)偏移量呢？

int main() {Assistant a;Teacher t = a; Student s = a;return 0; }

如上，當(dāng)把對(duì)象 a 賦值給 t 和 s 的時(shí)候，因?yàn)樗麄兓ハ鄾](méi)有對(duì)方的 _stuNum 和 _teaNum，所以他們需要進(jìn)行對(duì)象的切割，但是又因?yàn)?_age 存放在對(duì)象的最尾部，所以只有知道了自己的偏移量，才能夠成功的在切割了沒(méi)有的元素時(shí)，還能找到自己的 _age 。

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組合

那除了繼承還有什么好的代碼復(fù)用方式嗎？那答案肯定是有的，就是組合。組合就是將多個(gè)類組合在一起，實(shí)現(xiàn)代碼復(fù)用。

繼承和組合又有什么區(qū)別呢？

• 繼承是一種 is a 的關(guān)系，基類是一個(gè)大類，而派生類則是這個(gè)大類中細(xì)分出來(lái)的一個(gè)子類，但是他們本質(zhì)上其實(shí)是一種東西。正如：學(xué)生也是人，所以他可以很好的繼承人的所有屬性，并增加學(xué)生獨(dú)有的屬性。
• 組合是一種 has a 的關(guān)系，就是一種包含關(guān)系。對(duì)象a 是 對(duì)象b 中的一部分，對(duì)象b 包含 對(duì)象a 。

組合這種通過(guò)對(duì)方開(kāi)放接口來(lái)實(shí)現(xiàn)的復(fù)用被稱為 黑箱復(fù)用(black-box reuse)，因?yàn)閷?duì)象的內(nèi)部細(xì)節(jié)是不可見(jiàn)的。對(duì)象只以 黑箱 的形式出現(xiàn)。

class Study { public:void ToStudy(){cout << "Study" << endl;} };class Student : public Human { public:Study _s;int _stuNum; };

這里的 Student類 中包含了一個(gè) Study類 ，學(xué)習(xí)是學(xué)生日常生活中不可缺少的一部分。

比較組合和繼承：

• 組合的依賴關(guān)系弱，耦合度低。保證了代碼具有良好的封裝性和可維護(hù)性。 在組合中，幾個(gè)類的關(guān)聯(lián)不大，我只需要用到你那部分的某個(gè)功能，我并不需要了解你的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，只需要你開(kāi)放對(duì)應(yīng)的接口即可，并且如果我要修改，只修改那一部分功能即可。
• 繼承的依賴關(guān)系就非常的強(qiáng)，耦合度非常高。 因?yàn)槟阋朐谧宇愔行薷暮驮黾幽承┕δ?#xff0c;就必須要了解父類的某些細(xì)節(jié)，并且有時(shí)候甚至?xí)薷牡礁割?#xff0c;父類的內(nèi)部細(xì)節(jié)在子類中也一覽無(wú)余，嚴(yán)重的破壞了封裝性。并且一旦基類發(fā)生變化時(shí)，牽一發(fā)而動(dòng)全身，所有的派生類都會(huì)有影響，這樣的代碼維護(hù)性會(huì)非常的差。一個(gè)可用的解決方法就是只繼承抽象類，因?yàn)槌橄箢愅ǔＬ峁┹^少的實(shí)現(xiàn)。

但是大部分場(chǎng)景下，如果繼承和組合都可以選擇，那么 優(yōu)先使用對(duì)象組合，而不是類繼承 。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的C++ 继承 | 对象切割、菱形继承、虚继承、对象组合的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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