C++ 一篇搞懂继承的常见特性
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继承和派生
|| 01 继承和派生的概念
继承：
- 在定义一个新的类 B 时，如果该类与某个已有的类 A 相似（指的是 B 拥有 A 的全部特点），那么就可以把 A 作为一个基类，而把B作为基类的一个派生类（也称子类）。
派生类：
- 派生类是通过对基类进行修改和扩充得到的，在派生类中，可以扩充新的成员变量和成员函数。
- 派生类拥有基类的全部成员函数和成员变量，不论是private、protected、public。需要注意的是：在派生类的各个成员函数中，不能访问基类的 private 成员。
|| 02 需要继承的例子
程序猿种类有很多种，如 C/C++ 程序猿，Java 程序猿，Python 程序猿等等。那么我们要把程序猿设计成一个基类， 我们则需要抽出其特有的属性和方法。
所有程序猿的共同属性（成员变量）：
- 姓名
- 性别
- 职位
所有的程序猿都有的共同方法（成员函数）：
- 是否要加班？
- 是否有奖励？
而不同的程序猿，又有各自不同的属性和方法：
- C++ 程序猿：是否是音视频、网游领域
- Java 程序猿：是否是微服务领域
- Python 程序猿：是否是人工智能、大数据领域
|| 03 派生类的写法
继承的格式如下：
class 派生类名：public 基类名
{
};程序猿 Coder 基类：
class Coder
{
public:
bool isWorkOvertime(){} // 是否要加班
bool isReward(){} // 是否有奖励
void Set(const string & name) // 设置名字
{
m_name = name;
}
...
private:
string m_name; // 姓名
string m_post; // 职位
int m_sex; // 性别
};Python 程序猿 PythonCoder 派生类：
class PythonCoder : public Coder
{
public:
bool isAIField(){} // 是否是人工智能领域
bool isBigDataField(){} // 是否是大数据领域
};|| 04 派生类对象的内存空间
在派生类对象中，包含着基类对象，而且基类对象的存储位置位于派生类对象新增的成员变量之前，相当于基类对象是头部。
class CBase
{
int a1;
int a2;
};
class CDerived : public CBase
{
int a3;
};派生类对象的大小 = 基类对象成员变量的大小 + 派生类对象自己的成员变量的大小
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继承关系和复合关系
|| 01 类之间的两种关系
继承的关系是「是」的关系：
- 基类 A，B 「是」基类 A 的派生类。
- 逻辑上要求：一个 B 对象也「是」一个 A 对象。
继承的关系是「有」的关系：
- C 类中「有」成员变量 i，i 成员变量是 D 类的，则 C 和 D 是复合关系。
- 逻辑上要求：D 对象是 C 对象的固有属性或组成部分。
|| 02 继承关系的使用
假设已经存在了 Man 类表示男人，后面需要些一个 Women 类来表示女人。Man 类和 Women 类确实是有共同之处，那么就让 Women 类继承 Man 类，是否合适？
我们先想想继承的逻辑要求，假设 Women 类继承 Man 类后的逻辑就是：一个女人也是一个男人。很明显，这显然不成立！
所以，好的做法是概括男人和女人的共同特点，抽象出一个 Human 类表示人，然后 Man 和 Woman 都继承 Human 类。
|| 03 复合关系的使用
假设要写一个小区养狗管理系统：
- 需要写一个「主人」类。
- 需要些一个「狗」类。
假定狗只有一个主人，但是一个主人可以最多有 10 条狗，应该如何设计和使用「主人」类 和「狗」类呢？我们先看看下面几个例子。
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例子一
- 为主人类设一个狗类的成员对象数组；
- 为狗类设一个主人类的成员对象。
class CDog;
class CMaster // 主人类
{
CDog dogs[10]; // 狗类的成员对象数组
};
class CDog // 狗类
{
CMaster m; // 主人类的成员对象
};例子一可以发现是：
- 主人类会构造 10 个狗对象
- 狗类会构造 1 个主人对象
相当于人中有狗，狗中有人：
这样是不好的，因为会产生循环不断的构造，主人类构造狗对象，狗类又构造主人对象....
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例子二
- 为狗类设一个主人类的成员对象；
- 为主人类设一个狗类的对象指针数组。
class CDog;
class CMaster // 主人类
{
CDog * pDogs[10]; // 狗类的对象指针数组
};
class CDog // 狗类
{
CMaster m; // 主人类的成员对象
};这样又变成狗中有人，人去指向「狗中有人」的狗，关系就会显得很错乱，如下图：
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例子三
- 为狗类设一个主人类的对象指针；
- 为主人类设一个狗类的对象数组。
class CDog;
class CMaster // 主人类
{
CDog dogs[10]; // 狗类的对象数组
};
class CDog // 狗类
{
CMaster * pm; // 主人类的对象指针
};这样就会变成，人中有狗，人里面的狗又会指向主人，虽然关系相对好了一点，但是同样还是会绕晕，效果如下图：
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例子四
- 为狗类设一个主人类的对象指针；
- 为主人类设一个狗类的对象指针数组。
class CDog;
class CMaster // 主人类
{
CDog * pDogs[10]; // 狗类的对象指针数组
};
class CDog // 狗类
{
CMaster * pm; // 主人类的对象指针
};这个是正确的例子，因为相当于人和主人是独立的，然后通过指针的作用，使得狗是可以指向一个主人，主人也可以同时指向属于自己的 10 个狗，这样会更灵活。
|| 04 指针对象和普通对象的区别
如果不用指针对象，生成 A 对象的同时也会构造 B 对象。用指针就不会这样，效率和内存都是有好处的。
比如：
class Car
{
Engine engine; // 成员对象
Wing * wing; // 成员指针对象
};定义一辆汽车，所有的汽车都有 engine，但不一定都有 wing 这样对于没有 wing 的汽车，wing 只占一个指针，判断起来也很方便。
- 空间上讲，用指针可以节省空间，免于构造 B 对象，而是只在对象中开辟了一个指针，而不是开辟了一个对象 B 的大小。
- 效率上讲，使用指针适合复用。对象 B 不但 A 对象能访问，其他需要用它的对象也可以使用。
- 指针对象可以使用多态的特性，基类的指针可以指向派生链的任意一个派生类。
- 指针对象，需要用它的时候，才需要去实例化它，但是在不使用的时候，需要手动回收指针对象的资源。
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派生类覆盖其他成员
派生类（子类）可以定义一个和基类（父类）成员同名的成员，这叫「覆盖」。
在派生类（子类）中访问这类成员时，默认的情况是访问派生类中定义的成员。要在派生类中访问由基类定义的同名成员时，要使用作用域符号::
下面看具体的例子：
// 基类
class Father
{
public:
int money;
void func();
};
// 派生类
class Son : public Father // 继承
{
public:
int money; // 与基类同名成员变量
void func(); // 与基类同名成员函数
void myFunc();
};
void Son::myFunc()
{
money = 100; // 引用的是派生类的money
Father::money = 100; // 引用的是基类的money
func(); // 引用的是派生类的
Father::func(); // 引用的是基类的
}相当于 Son 对象占用的存储空间：
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类的保护成员
我们都知道基类的 public 成员，都是可以被派生类成员访问的，那么基类的 protected、private 成员，分别可以被派生类成员访问吗？
带着这个问题，我们可以先看下面的栗子：
class Father
{
public:
int nPublic; // 公有成员
protected:
int nProtected; // 保护成员
private:
int nPrivate; // 私有成员
};
class Son : public Father
{
void func()
{
nPublic = 1; // OK
nProtected = 1; // error
nPrivate =1; // ok，访问从基类继承的protected成员
Son a;
a.nProtected = 1; // error,a不是当前对象
}
};
int main()
{
Father f;
Son s;
f.nPublic; // OK
s.nPublic; // OK
f.nProtected; // error
s.nProtected; // error
f.nPrivate; // error
s.nPrivate; // error
}基类的 protected、private 成员对于派生类成员的权限说明:
基类的 protected 成员 | 基类的 private 成员 |
|---|---|
派生类的成员函数可以访问当前对象的基类的保护成员 | 不能被派生类成员访问 |
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派生类的构造函数
通常在初始化派生类构造函数时，派生类构造函数是要实现初始化基类构造函数的。那么如何在派生类构造函数里初始化基类构造函数呢？
class Bug {
private :
int nLegs; int nColor;
public:
int nType;
Bug (int legs, int color);
void PrintBug (){ };
};
class FlyBug : public Bug // FlyBug 是Bug 的派生类
{
int nWings;
public:
FlyBug( int legs,int color, int wings);
};
Bug::Bug( int legs, int color)
{
nLegs = legs;
nColor = color;
}
// 错误的FlyBug 构造函数
FlyBug::FlyBug ( int legs,int color, int wings)
{
nLegs = legs; // 不能访问
nColor = color; // 不能访问
nType = 1; // ok
nWings = wings;
}
// 正确的FlyBug 构造函数：
FlyBug::FlyBug ( int legs, int color, int wings):Bug( legs, color)
{
nWings = wings;
}
int main()
{
FlyBug fb ( 2,3,4);
fb.PrintBug();
fb.nType = 1;
fb.nLegs = 2 ; // error. nLegs is private
return 0;
}在上面代码例子中：
- 第24-30行的派生类构造函数初始化基类是错误的方式，因为基类的私有成员是无法被派生类访问的，也就无法初始化。
- 第33-36行代码是正确派生类构造函数初始化基类构造函数的方式，通过调用基类构造函数来初始化基类，在执行一个派生类的构造函数 之前，总是先执行基类的构造函数。
从上面的例子中我们也得知构造派生对象前，是先构造基类对象，那么在析构的时候依然依据“先构造，后初始化”的原则，所以派生类析构时，会先执行派生类析构函数，再执行基类析构函数。
如下栗子：
class Base
{
public:
int n;
Base(int i) : n(i)
{
cout << "Base " << n << " constructed" << endl;
}
~Base()
{
cout << "Base " << n << " destructed" << endl;
}
};
class Derived : public Base
{
public:
Derived(int i) : Base(i)
{
cout << "Derived constructed" << endl;
}
~Derived()
{
cout << "Derived destructed" << endl;
}
};
int main()
{
Derived Obj(3);
return 0;
}输出结果：
Base 3 constructed
Derived constructed
Derived destructed
Base 3 destructed— 6 —
继承和赋值的兼容规则
|| 01 public 继承
// 基类
class Base {};
// 派生类
class Derived : public Base {};
Base b; // 基类对象
Derived d; // 派生类对象- 派生类的对象可以赋值给基类对象
b = d;- 派生类对象可以初始化基类引用
Base & br = d;- 派生类对象的地址可以赋值给基类指针
Base * pb = & d;注意：如果派生方式是 private 或 protected，则上述三条不可行
|| 02 protected 和 private 继承
// 基类
class Base {};
// 派生类
class Derived : protected Base {};
Base b; // 基类对象
Derived d; // 派生类对象- protected 继承时，基类的 public 成员和 protected 成员成为派生类的 protected 成员；
- private 继承时，基类的 public 成员成为派生类的 private 成员，基类的 protected 成员成 为派生类的不可访问成员；
- protected 和 private 继承不是「是」的关系。
所以派生方式是 private 或 protected，则是无法像 public 派生承方式一样把派生类对象赋值、引用、指针给基类对象。
|| 03 基类与派生类的指针强制转换
public 派生方式的情况下，派生类对象的指针可以直接赋值给基类指针：
Base *ptrBase = & objDerived;- ptrBase 指向的是一个 Derived 派生类（子类）的对象
- *ptrBase 可以看作一个 Base 基类的对象，访问它的 public 成员直接通过 ptrBase 即可，但不能通过 ptrBase 访问 objDerived 对象中属于 Derived 派生类而不属于基类的成员。
通过强制指针类型转换，可以把 ptrBase 转换成 Derived 类的指针
Base * ptrBase = &objDerived;
Derived *ptrDerived = ( Derived * ) ptrBase;程序员要保证 ptrBase 指向的是一个 Derived 类的对象，否则很容易会出错。