阅读导航 前言一、继承的概念及定义1. 继承的概念2.继承的定义⭕定义格式⭕继承关系和访问限定符⭕继承基类成员访问方式的变化 二、基类和派生类对象赋值转换三、继承中的作用域四、派生
前面我们讲了C语言的基础知识,也了解了一些数据结构,并且讲了有关c++的命名空间的一些知识点以及关于C++的缺省参数、函数重载,引用 和 内联函数也认识了什么是类和对象以及怎么去new一个 ‘对象’ ,也了解了C++中的模版,以及学习了几个STL的结构也相信大家都掌握的不错,接下来博主将会带领大家继续学习有关C++比较重要的知识点—— 继承(基类、派生类和多态性)。下面话不多说坐稳扶好咱们要开车了😍
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。
🚨🚨注意:继承是一种强关联关系,因此在使用继承时需要仔细设计类之间的关系,避免产生紧耦合和不必要的依赖关系。
class 派生类名(子类): 访问修饰符 基类名(父类){ // 子类的成员和方法};
class
关键字用于声明一个类。派生类名
是你要定义的子类的名称。访问修饰符
可以使用 public
、protected
或 private
,用于控制子类对父类成员的访问权限。基类名
是你希望子类继承的父类的名称。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 |
【总结】
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。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访问方式 == Min(成员在基类的访问限定符,继承方式),public > protected> private
。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。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。⭕下面是一个示例,演示如何定义一个子类 Square
继承父类 Shape
:
class Shape{protected: int width; int height;public: void setWidth(int w) { width = w; } void setHeight(int h) { height = h; }};class Square : public Shape{public: int getArea() { return width * height; }};
在上述示例中,Square
继承了 Shape
的属性 width
和 height
,并且定义了自己的方法 getArea()
来计算正方形的面积。使用 public
访问修饰符,使得 Square
类可以直接访问 Shape
类中的公共成员。
dynamic_cast
进行类型转换,并且可能需要在转换之前进行运行时类型检查,以确保安全性。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会报错sobj = pobj;//err//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 = &sobjstudent* 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;}
🚩总结起来,继承中的作用域规则允许子类访问父类的成员,但父类不能直接访问子类的成员。这种作用域规则有助于实现封装和信息隐藏,提高代码的可维护性和安全性。
⭕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?下面我们来逐一分析:
operator=
必须要调用基类的operator=
完成基类的复制。🚨注意: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。
⭕这六个默认成员函数在派生类中的生成规则与基类的可访问性有关。需要注意的是,如果派生类显式定义了上述任何一个成员函数,编译器将不会自动生成对应的默认成员函数。
⭕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C++中,友元关系允许一个类或函数访问另一个类的私有成员或受保护成员。通过在类中声明其他类或函数为友元,可以授予这些友元类或函数对私有成员的访问权限。
然而,友元关系不会被继承。基类的友元关系仅适用于基类,不能自动扩展到派生类。这意味着基类的友元类不能直接访问派生类的私有或受保护成员。
让我们来看一个例子来说明这一点:
class Base {private: int privateMember; friend class FriendClass; // 声明 FriendClass 为 Base 的友元类public: void publicMemberFunc() { privateMember = 10; // 在类的成员函数中可以访问私有成员 }};class Derived : public Base {private: int derivedPrivateMember; public: void derivedMemberFunc() { derivedPrivateMember = 20; }};class FriendClass {public: void accessBaseMember(Base& obj) { obj.privateMember = 30; // 可以访问基类的私有成员 }};int main() { Base baseObj; FriendClass friendObj; friendObj.accessBaseMember(baseObj); // 可以通过友元类访问基类的私有成员 Derived derivedObj; friendObj.accessBaseMember(derivedObj); // 但不能通过友元类访问派生类的私有成员 return 0;}
在上面的例子中,FriendClass
被声明为 Base
的友元类,并且可以访问 Base
类的私有成员 privateMember
。然而,FriendClass
无法访问派生类 Derived
的私有成员 derivedPrivateMember
,即使 Derived
类是从 Base
类继承而来。
因此,友元关系不会在继承过程中自动传递。
🚨总结来说,继承和友元是C++中的两个不同的概念。继承用于创建派生类从基类派生的关系,而友元用于授予其他类或函数对私有成员的访问权限。友元关系不会被继承,基类的友元类无法直接访问派生类的私有成员。
⭕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 。
静态成员由所有该类的对象共享,并在类的所有实例之间保持唯一。当在基类中定义一个静态成员时,在继承体系中的所有派生类中也只有一个实例。这意味着,无论有多少个派生类,静态成员只有一个实例。无论是访问、修改还是获取静态成员的值,都只会影响该唯一的实例。
以下示例说明了派生类继承了基类的静态成员的行为:
#include class Base {public: static int staticMember;};int Base::staticMember = 0;class Derived1 : public Base {};class Derived2 : public Base {};int main() { Derived1 d1; Derived2 d2; d1.staticMember = 10; d2.staticMember = 20; std::cout << d1.staticMember << std::endl; // 输出: 20 std::cout << d2.staticMember << std::endl; // 输出: 20 return 0;}
在这个例子中,Base
类定义了一个静态成员 staticMember
,默认为 0。Derived1
和 Derived2
是从 Base
派生出来的两个派生类。
d1.staticMember
和 d2.staticMember
都是访问相同的静态成员 Base::staticMember
。修改其中一个派生类的静态成员的值,会同时影响到其他派生类和基类。
因此,无论有多少个派生类,都只有一个静态成员实例,它们共享相同的静态成员变量。这就是静态成员在继承体系中的行为。
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
菱形继承是一种多重继承的情况,其中一个派生类同时从两个基类直接或间接继承,而这两个基类又继承自同一个基类。
这种继承关系可能导致一些问题,其中最常见的问题是称为"菱形继承问题"或"钻石继承问题"。它主要涉及两个方面:命名冲突和二义性。
命名冲突问题指的是,如果派生类在两个基类中都有相同名称的成员,那么在派生类中访问该成员将会产生冲突。编译器无法判断使用哪个基类的成员,导致编译错误。
二义性问题指的是,如果派生类调用一个在两个基类中都有定义的函数,编译器无法确定要调用哪个基类的函数,导致语义上的二义性。
为了解决菱形继承问题,C++ 提供了虚继承(virtual inheritance)的机制,通过使用关键字 virtual
来声明基类继承,以便消除重复基类而带来的问题。虚继承确保在继承体系中只有一个共享的基类子对象。
下面是使用虚继承解决菱形继承问题的示例:
#include class Base {public: int value;};class Derived1 : virtual public Base { // 使用虚继承};class Derived2 : virtual public Base { // 使用虚继承};class Derived3 : public Derived1, public Derived2 {public: void setValue(int val) { value = val; // 可以直接访问 value,不会产生二义性 } void printValue() { std::cout << value << std::endl; // 可以直接访问 value,不会产生二义性 }};int main() { Derived3 d; d.setValue(10); d.printValue(); // 输出: 10 return 0;}
在上面的例子中,Derived1
和 Derived2
都使用了虚继承从 Base
继承。Derived3
从 Derived1
和 Derived2
多重继承,并可以直接访问共享的 value
成员,而不会产生二义性。
通过使用虚继承,我们可以解决菱形继承问题中的命名冲突和二义性。虚继承确保只有一个共享的基类子对象,避免了重复继承和二义性的问题。
需要注意的是,虚继承引入了额外的开销和复杂性,因此应谨慎使用。一般来说,只有在确实需要共享基类子对象的情况下才应使用虚继承。在其他情况下,使用普通的多重继承就可以满足需求。
【答】菱形继承是指在一个继承体系中,派生类同时从两个基类直接或间接继承,并且这两个基类又继承自同一个基类。由于继承关系形成了一个菱形的图形,因此得名菱形继承。菱形继承会带来一些问题,其中最常见的问题是命名冲突和二义性。
命名冲突:如果派生类 D
在两个基类 B
和 C
中都有相同名称的成员,那么在派生类 D
中访问该成员时会产生冲突。编译器无法确定要使用哪个基类的成员,导致编译错误。
二义性:如果派生类 D
调用一个在两个基类 B
和 C
中都有定义的函数时,编译器无法确定要调用哪个基类的函数,从而产生语义上的二义性。
为了解决菱形继承问题,C++ 提供了虚继承(virtual inheritance)的机制。通过在继承声明中使用 virtual
关键字,可以消除重复基类而带来的问题。虚继承确保在继承体系中只有一个共享的基类子对象,从而解决了命名冲突和二义性的问题。
【答】菱形虚拟继承是一种使用虚拟继承解决菱形继承问题的技术。它通过在继承声明中使用虚拟继承,消除了重复基类而带来的数据冗余和二义性问题。
菱形虚拟继承的主要目标是确保在继承体系中只有一个共享的基类子对象,从而避免数据冗余。通过虚拟继承,派生类只保留一个基类子对象的副本,而不是多个副本。
此外,菱形虚拟继承还解决了二义性问题。由于只有一个共享的基类子对象,派生类可以直接访问该对象的成员,而不会产生二义性。
通过菱形虚拟继承,我们可以解决菱形继承问题中的数据冗余和二义性。虚拟继承确保只有一个共享的基类子对象,从而避免了数据冗余。同时,派生类可以直接访问共享的基类成员,而不会产生二义性。
【答】继承和组合是面向对象编程中两种不同的关系建立方式。
继承是一种"is-a"(是一个)的关系,它允许一个类(派生类)继承另一个类(基类)的属性和行为。通过继承,派生类可以重用基类的代码,并且可以添加、修改或覆盖基类的成员。继承用于表示类之间的一般化和特殊化关系,其中派生类是基类的一种特殊类型。
组合是一种"has-a"(有一个)的关系,它允许一个类(容器类)包含另一个类(成员类)的对象作为成员。通过组合,容器类可以使用成员类的功能,并且可以控制成员类的生命周期。组合用于表示类之间的整体与部分关系,其中容器类包含成员类作为其一部分。
继承适合以下情况:
组合适合以下情况:
🔴继承和组合都是关系建立的方式,它们并不是互斥的。在实际的设计中,可以根据具体的需求和设计目标,灵活地使用继承和组合来构建类之间的关系。
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本文标题: 【C++入门到精通】C++入门 —— 继承(基类、派生类和多态性)
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