【C++进阶】深入了解继承

点击跳转继承前置知识

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。

//编译器从前往后找，所以加上前置声明classStudent;classPerson{public:friendvoidDisplay(constPerson&p,constStudent&s);protected:string _name;// 姓名};classStudent:publicPerson{protected:int_stuNum;// 学号};voidDisplay(constPerson&p,constStudent&s){cout<<p._name<<endl;cout<<s._stuNum<<endl;}intmain(){Person p;Student s;// 编译报错：error C2248: “Student::_stuNum”: 无法访问 protected 成员// 解决方案：Display也变成Student的友元即可Display(p,s);return0;}

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。

classPerson{public:string _name;staticint_count;};intPerson::_count=0;classStudent:publicPerson{protected:int_stuNum;};intmain(){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;return0;}

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。

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。

classPerson{public:string _name;// 姓名};classStudent:publicPerson{protected:int_num;//学号};classTeacher:publicPerson{protected:int_id;// 职工编号};classAssistant:publicStudent,publicTeacher{protected:string _majorCourse;// 主修课程};intmain(){// 编译报错：error C2385: 对“_name”的访问不明确Assistant a;a._name="peter";// 需要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a.Student::_name="xxx";a.Teacher::_name="yyy";return0;}

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。

classPerson{public:string _name;// 姓名/*int _tel; int _age; string _gender; string _address;*/// ...};// 使用虚继承Person类classStudent:virtualpublicPerson{protected:int_num;//学号};// 使用虚继承Person类classTeacher:virtualpublicPerson{protected:int_id;// 职工编号};// 教授助理classAssistant:publicStudent,publicTeacher{protected:string _majorCourse;// 主修课程};intmain(){// 使用虚继承，可以解决数据冗余和二义性Assistant a;a._name="peter";return0;}

解决办法：

下面这幅图也是菱形继承

classPerson{public:Person(constchar*name):_name(name){}string _name;// 姓名};classStudent:virtualpublicPerson{public:Student(constchar*name,intnum):Person(name),_num(num){}protected:int_num;//学号};classTeacher:virtualpublicPerson{public:Teacher(constchar*name,intid):Person(name),_id(id){}protected:int_id;// 职⼯编号};// 不要去玩菱形继承classAssistant:publicStudent,publicTeacher{public:Assistant(constchar*name1,constchar*name2,constchar*name3):Person(name3),Student(name1,1),Teacher(name2,2){}protected:string _majorCourse;// 主修课程};intmain(){// 思考⼀下这⾥a对象中_name是"张三", "李四", "王五"中的哪⼀个？Assistanta("张三","李四","王五");return0;}

实际上，结果输出王五，因为会按照初始化列表顺序调用，先调用Person类，调用Student和Teacher类的构造函数时，不会再次调用Person类的构造函数，所以结果是王五

3.3 多继承中指针偏移问题

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

classBase1{public:int_b1;};classBase2{public:int_b2;};classDerive:publicBase1,publicBase2{public:int_d;};intmain(){Derive d;Base1*p1=&d;Base2*p2=&d;Derive*p3=&d;return0;}

选C

3.4 IO库中的菱形虚拟继承

template<classCharT,classTraits=std::char_traits<CharT>>classbasic_ostream:virtualpublicstd::basic_ios<CharT,Traits>{};template<classCharT,classTraits=std::char_traits<CharT>>classbasic_istream:virtualpublicstd::basic_ios<CharT,Traits>{};

4. 继承和组合

4.1 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。

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。

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。

// Tire(轮胎)和Car(车)更符合has-a的关系classTire{protected:string _brand="Michelin";// 品牌size_t _size=17;// 尺寸};classCar{protected:string _colour="白色";// 颜色string _num="陕ABIT00";// 车牌号Tire _t1;// 轮胎Tire _t2;// 轮胎Tire _t3;// 轮胎Tire _t4;// 轮胎};classBMW:publicCar{public:voidDrive(){cout<<"好开-操控"<<endl;}};// Car和BMW/Benz更符合is-a的关系classBenz:publicCar{public:voidDrive(){cout<<"好坐-舒适"<<endl;}};template<classT>classvector{};// stack和vector的关系，既符合is-a，也符合has-atemplate<classT>classstack:publicvector<T>{};template<classT>classstack{public:vector<T>_v;};intmain(){return0;}