1.继承的三种方式
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。继承是类设计层次的复用。
2.派生类对基类成员的访问方式
总结:
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。
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. 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。
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。
5. 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。
3.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。
派生类对象赋值给基类,是需要先进行切片的,基类不会存在属于派生类自己的成员变量。
其实就是说,从派生类到基类的赋值转换是被允许的,只需要切掉派生类中多余的一部分,将属于一类的一部分进行赋值即可。包括派生类的指针,对象,引用等都能赋值给基类对象,指针,引用。
但是反过来,基类对象不能赋值给派生类对象
基类指针不能直接赋值给派生类指针,但是可以通过类型强转
基类引用不能直接赋值给派生类引用,但可以通过类型强转赋值
从基类到派生类的赋值,直接进行赋值是不可行的。但是强转可以
可以看到引用就是对应的类型,但是直接强转为对应类型无法赋值,只有加&才可以
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。
class Person
{
protected :
string _name; // 姓名
string _sex; // 性别
int _age; // 年龄
};
class Student : public Person
{
public :
int _No ; // 学号
};
void Test ()
{
Student sobj ;
// 1.子类对象可以赋值给父类对象/指针/引用
Person pobj = sobj ;
Person* pp = &sobj;
Person& rp = sobj;
//2.基类对象不能赋值给派生类对象
sobj = pobj;
// 3.基类的指针可以通过强制类型转换赋值给派生类的指针
pp = &sobj
Student* ps1 = (Student*)pp; // 这种情况转换时可以的。
ps1->_No = 10;
pp = &pobj;
Student* ps2 = (Student*)pp; // 这种情况转换时虽然可以,但是会存在越界访问的问
题
ps2->_No = 10;
}
4.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,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。
// Student的_num和Person的_num构成隐藏关系,可以看出这样代码虽然能跑,但是非常容易混淆
class Person
{
protected :
string _name = "小李子"; // 姓名
int _num = 111; // 身份证号
};
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();
};
// B中的fun和A中的fun不是构成重载,因为不是在同一作用域
// 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。
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);
};
5.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,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。
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 num)
: 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 ; //学号
};
void Test ()
{
Student s1 ("jack", 18);
Student s2 (s1);
Student s3 ("rose", 17);
s1 = s3 ;
}
6.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);
protected:
string _name; // 姓名
};
class Student : public Person
{
protected:
int _stuNum; // 学号
};
void Display(const Person& p, const Student& s)
{
cout << p._name << endl;
cout << s._stuNum << endl;
}
void main()
{
Person p;
Student s;
Display(p, s);
}
友元相当于类的朋友,不管是public,protected,privated的成员,友元函数都可以访问的到。
7. 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 。
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
};
class Graduate : public Student
{
protected :
string _seminarCourse ; // 研究科目
};
void TestPerson()
{
Student s1 ;
Student s2 ;
Student s3 ;
Graduate s4 ;
cout <<" 人数 :"<< Person ::_count << endl;
Student ::_count = 0;
cout <<" 人数 :"<< Person ::_count << endl;
}
8.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。
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";
}
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。
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";
}
虚拟继承解决数据冗余和二义性的原理
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;
}
下图是菱形继承的内存对象成员模型:这里可以看到数据冗余。
派生类B和C继承了基类A,而后类D 又同时继承了类B和类C ,就会导致菱形继承。无论是否存在菱形继承,既然B和C继承了基类A,那么B和C都会继承类A的成员,这是继承的正常概念,也没什么问题,但是由于多继承的存在,如果类D同时继承了类B和类C ,而类B和类C都有一份相同的类A成员,类D在继承时,同时继承二者,就有了两份关于类A的成员,分别属于类B和类C ,但是一个属性同时存在了两份,这就导致了数据冗余,并且在访问时,究竟会访问那一份类A成员?这就导致了二义性的问题。
虚拟继承就是为了解决上述问题。只要在继承关系中加上了virtual关键字,那么就表示当前继承为虚拟继承。假设上述的类B和类C在继承类A时,都采用虚拟继承。如下。
从监视窗口中直接查看虚拟继承了类A的类B和类C的成员属性,和普通的继承也没什么区别。这是因为,菱形继承产生的两个问题,是在最下层继承的类中体现的,也就是类D,而采用虚拟继承后,再去看类D,会发现,相比普通的菱形继承,怎么还多出来一个类A对象的成员??再细看类D对象中的类B和类C成员,会发现,两者共同具有的类A的属性_a,怎么值是相同的??我们明明用作用域限定符分别给B和C的属性_a进行了不同的赋值。
继承而来的成员,要放在第一位,类D的对象d分别继承了类B和类C,所以&d时,可以看出来,前两个地址,是关于类B的,再接着两个地址,是关于类C的,再接下来的地址,存储的是类D自己的成员_d,也就是5,最后存储的是监视窗口中的最后一部分,关于类A的部分。
类B部分的第二个地址,很明显,这是属于类B自己的成员变量的地址,那么第一个地址是存储的是什么?
貌似看不太出来,再看看类C部分的第二个地址存储的地址是什么。
其实14和0c表示的是类D对象d中类B和类C部分相对于最后一部分存储的类A的偏移量。
真相大白,原来虚拟继承不会直接存储继承的属性,而是用一个指针。
D对象中将A放到的了对象组成的最下面,这个A同时属于B和C,那么B和C如何去找到公共的A呢?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。
再来查看一下类B对象
第一个地址存储的是一个地址,第二个地址一看就是属于类B的成员_b,而第三个地址,显然是属于类A的部分_a。
查看一下第一个地址中存储的地址。
可以看到,也是存储的相当于类A部分的偏移量,也就是说,类B也是用一个指针指向了一张存储着相当于继承而来部分属性的偏移量,而继承而来的部分会放在对象组成的最后,这是内存中存储的情况,但是我们会发现,监视窗口并没有这样显示。
9.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。
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。