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继承(下) (Inheritance)

news 2026/6/11 19:40:24

1.继承与友元

2.继承与静态成员

3.多继承及其菱形继承问题

3.1 继承模型

3.2虚继承

3.3 IO库里面的菱形虚拟继承

3.4一些细节以及问题

多继承中指针偏移问题：

1.下面说法正确的是( )

2.下面说法正确的是( )

4.继承和组合

4.1继承和组合

继继承(上)，我们继续对继承进行学习！

1.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派生类私有和保护成员。

#include<iostream> using namespace std; 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; } int main() { Person p; Student s; Display(p, s); return 0; }

如果这样写会发现编不过，其中报错

其实是因为friend函数里面有子类的，但是把子类放到父类前面又不对，这样就不会是继承，因此需要给前置声明才行。

//前置声明 class Student;

还有报错

因为Display是Person的友元，而Display里又要访问Student的学号(_stuNum)，即便Student继承Person。从这也能看出友元关系不能被继承。

解决办法：把Display也变成Student的友元

最终代码

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include<iostream> using namespace std; //前置声明 class Student; class Person { public: //友元关系不能被继承 friend void Display(const Person& p, const Student& s); protected: string _name; // 姓名 }; class Student : public Person { friend void Display(const Person& p, const Student& s); protected: int _stuNum; // 学号 }; void Display(const Person& p, const Student& s) { cout << p._name << endl; cout << s._stuNum << endl; } int main() { Person p; Student s; Display(p, s); return 0; }

2.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。无论派生出多少个派生类，都只有一个static成员实例。

正常继承是，父类有个_name，子类有个_name，但是两个_name不是一个_name。

而静态成员不同，它是同一个，传家宝。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include<iostream> using namespace std; class Person { public: string _name; static int _count; }; int Person::_count = 0; class Student : public Person { protected: int _stuNum; }; int main() { Person p; Student s; // 这里的运行结果可以看到非静态成员_name的地址是不一样的 // 说明派生类继承下来了，父派生类对象各有一份 cout << &p._name << endl; cout << &s._name << endl; // 这里的运行结果可以看到静态成员_count的地址是一样的 // 说明派生类和基类共用同一份静态成员 cout << &p._count << endl; cout << &s._count << endl; // 公有的情况下，父派生类指定类域都可以访问静态成员 cout << Person::_count << endl; cout << Student::_count << endl; return 0; }

这里的运行结果可以看到非静态成员_name的地址是不一样的
说明派生类继承下来了，父派生类对象各有一份
这里的运行结果可以看到静态成员_count的地址是一样的
说明派生类和基类共用同一份静态成员

公有的情况下，派生类和基类指定类域都可以访问静态成员

3.多继承及其菱形继承问题

3.1 继承模型

单继承：一个派生类只有一个直接基类时称这个继承关系为单继承
多继承：一个派生类有两个或以上直接基类时称这个继承关系为多继承，多继承对象在内存中的模型是，先继承的基类在前面，后面继承的基类在后面，派生类成员在放到最后面。
下图左边单继承，右边多继承
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。支持多继承就一定会有菱形继承，像Java就直接不支持多继承，规避掉了这里的问题，所以实践中我们也是不建议设计出菱形继承这样的模型的。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include<iostream> using namespace std; 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 }; int main() { Assistant a; a._name = "peter"; return 0; }

Student和Teacher各自包含一份Person的子对象。
Assistant会包含两份Person的子对象（一份来自Student，一份来自Teacher）。
当你写a._name时，编译器不知道你要访问哪一份（来自Student的还是来自Teacher的），因此报错二义性。

其中一个解决方案，显示指定访问哪个基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(会造成浪费)。

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

完整代码

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include<iostream> using namespace std; 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 }; int main() { Assistant a; a.Student::_name = "xxx"; a.Teacher::_name = "yyy"; return 0; }

库里面设计一个既想有ostream又有istream的特征，由此设计了iostream。这就是经典的菱形继承。但是其实C++引入了一个虚继承来解决二义性等问题。

3.2虚继承

很多人说C++语法复杂，其实多继承就是一个体现。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，底层实现就很复杂，性能也会有一些损失，所以最好不要设计出菱形继承。多继承可以认为是C++的缺陷之一，后来的一些编程语言都没有多继承，如Java。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include<iostream> using namespace std; 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 }; int main() { Assistant a; a._name = "peter"; a.Student::_name = "xxx"; a.Teacher::_name = "yyy"; return 0; }

Student和Teacher对Person采用虚继承，意味着它们共享同一个Person子对象。
Assistant中只有一份Person子对象。
因此a._name直接访问这一份，没有歧义。
同时a.Student::_name和a.Teacher::_name也是访问同一份数据（所以后两句会覆盖前一句的值，但不会报错）。

如果上面只加一个虚继承，这样是不行的。

3.3 IO库里面的菱形虚拟继承

template<class CharT, class Traits = std::char_traits<CharT>> class basic_ostream : virtual public std::basic_ios<CharT, Traits> {}; template<class CharT, class Traits = std::char_traits<CharT>> class basic_istream : virtual public std::basic_ios<CharT, Traits> {};

3.4一些细节以及问题

谁会产生数据冗余和二义性就在继承他的地方

A有数据冗余和二义性，所以在B、C加

哪个类(公共基类)产生了数据冗余和二义性，继承时用虚继承

多继承中指针偏移问题：

1.下面说法正确的是( )
A：p1 == p2 == p3 B：p1 < p2 < p3
C：p1 == p3 != p2 D：p1 != p2 != p3

class Base1 { public: int _b1; }; class Base2 { public: int _b2; }; class Derive : public Base1, public Base2 { public: int _d; }; int main() { Derive d; Base1* p1 = &d; Base2* p2 = &d; Derive* p3 = &d; return 0; }

答案C

p1和p3的值相等（都指向Derive对象的起始地址，因为Base1是第一个基类）。
p2的值与p1、p3不同（Base2子对象位于Derive对象中的偏移位置）。
p1 == p3为true，p2 != p1为true。
任何基类指针都可以安全地指向派生类对象，但地址可能不同。

2.下面说法正确的是( )
A：p1 == p2 == p3 B：p1 < p2 < p3 E：p1 != p2 == p3
C：p1 == p3 != p2 D：p1 != p2 != p3

答案E

Base2* p2 = &d;指向d的起始地址。
Derive* p3 = &d;也指向d的起始地址。
Base1* p1 = &d;指向Base1子对象的地址，即起始地址偏移sizeof(Base2)字节。
所以p2 == p3为真，而p1与它们不同。

4.继承和组合

4.1继承和组合

1.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。
2.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。
3.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，基类的内部细节对派生类可见。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。
4.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。
5.优先使用组合，而不是继承。实际尽量多去用组合，组合的耦合度低，代码维护性好。不过也不太那么绝对，类之间的关系就适合继承(is-a)那就用继承，另外要实现多态，也必须要继承。类之间的关系既适合用继承(is-a)也适合组合(has-a)，就用组合。