C++回顾(八)—— 继承
创始人
2024-05-29 16:54:07
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8.1 继承的概念

  • 继承是类与类之间的关系,是一个很简单很直观的概念,与现实世界中的继承类似,例如儿子继承父亲的财产。

  • 继承(Inheritance)可以理解为一个类从另一个类获取成员变量和成员函数的过程。例如类 B 继承于类 A,那么 B 就拥有 A 的成员变量和成员函数。被继承的类称为父类或基类,继承的类称为子类或派生类。

  • 派生类除了拥有基类的成员,还可以定义自己的新成员,以增强类的功能。

  • 以下是两种典型的使用继承的场景:
    (1) 当你创建的新类与现有的类相似,只是多出若干成员变量或成员函数时,可以使用继承,这样不但会减少代码量,而且新类会拥有基类的所有功能。
    (2) 当你需要创建多个类,它们拥有很多相似的成员变量或成员函数时,也可以使用继承。可以将这些类的共同成员提取出来,定义为基类,然后从基类继承,既可以节省代码,也方便后续修改成员。

8.2 继承权限和继承方式

8.2.1 语法

  • C++继承的一般语法为:
   class 派生类名:[继承方式] 基类名{派生类新增加的成员};

在这里插入图片描述

  • 继承方式限定了基类成员在派生类中的访问权限,包括 public(公有的)、private(私有的)和 protected(受保护的)。此项是可选项,如果不写,默认为 private(成员变量和成员函数默认也是 private)。

  • 现在我们知道,public、protected、private 三个关键字除了可以修饰类的成员,还可以指定继承方式。

示例代码:

#include 
#include using namespace std;class Person    //父类或者基类
{
//private:
protected:   //保护权限:类的内部可以访问,派生类内部可以访问,类的外部不能访问char name[32];int age;
public:Person(){strcpy(name, "aaa");age = 20;}
};class Student : public Person   //子类或者派生类   public继承的权限
{
private:int id;
public:Student(int i){this->id = i;}void show(){cout << name << " " << age << " " << id << endl;}
};int main()
{Student s1(1);s1.show();return 0;
}

运行结果:
在这里插入图片描述

8.2.2 继承权限

  • 不同的继承方式会影响基类成员在派生类中的访问权限。
  1. public继承方式
    基类中所有 public 成员在派生类中为 public 属性;
    基类中所有 protected 成员在派生类中为 protected 属性;
    基类中所有 private 成员在派生类中不能使用。

  2. protected继承方式
    基类中的所有 public 成员在派生类中为 protected 属性;
    基类中的所有 protected 成员在派生类中为 protected 属性;
    基类中的所有 private 成员在派生类中不能使用。

  3. private继承方式
    基类中的所有 public 成员在派生类中均为 private 属性;
    基类中的所有 protected 成员在派生类中均为 private 属性;
    基类中的所有 private 成员在派生类中不能使用。

  • 通过上面的分析可以发现:
  1. 基类成员在派生类中的访问权限不得高于继承方式中指定的权限。例如,当继承方式为 protected 时,那么基类成员在派生类中的访问权限最高也为 protected,高于 protected 的会降级为 protected,但低于 protected 不会升级。再如,当继承方式为 public 时,那么基类成员在派生类中的访问权限将保持不变。

    也就是说,继承方式中的 public、protected、private 是用来指明基类成员在派生类中的最高访问权限的

  2. 不管继承方式如何,基类中的 private 成员在派生类中始终不能使用(不能在派生类的成员函数中访问或调用)。

  3. 如果希望基类的成员能够被派生类继承并且毫无障碍地使用,那么这些成员只能声明为 public 或 protected;只有那些不希望在派生类中使用的成员才声明为 private。

  4. 如果希望基类的成员既不向外暴露(不能通过对象访问),还能在派生类中使用,那么只能声明为 protected。

    注意,我们这里说的是基类的 private 成员不能在派生类中使用,并没有说基类的 private 成员不能被继承。实际上,基类的 private 成员是能够被继承的,并且(成员变量)会占用派生类对象的内存,它只是在派生类中不可见,导致无法使用罢了。private 成员的这种特性,能够很好的对派生类隐藏基类的实现,以体现面向对象的封装性。

  • 下表汇总了不同继承方式对不同属性的成员的影响结果
    在这里插入图片描述
    示例代码:
#include using namespace std;class TestA
{
private:int a;    //只能在类的内部访问
protected:int b;
public:int c;
};//私有继承
class TestB : private TestA 
{
/*int a;
private:int b;
private:int c;*/
public:void test(){//a++;   //在TestA中,a是私有成员变量,不能访问b++;c++;}
};//保护继承
class TestC : protected TestA
{
/*int a;
protected:int b;
protected:int c;*/
public:void test(){//a++;b++;c++;}
};//公有继承
class TestD : public TestA
{
/*int a;
protected:int b;
public:int c;*/
public:void test(){//a++;b++;c++;}
};//继承权限:限制了成员在派生类中的最高权限
int main()
{TestB tb;//tb.b;//tb.c;TestD td;//td.b;td.c;return 0;
}

8.3 继承中的构造和析构

8.3.1 继承中的对象模型

  • 派生类的内存布局:先存放父类成员,再存放子类成员

示例代码:

#include using namespace std;class Person
{
public:int age;
};class Student : public Person
{
public:int id;
};int main()
{Student s;cout << sizeof(s) << endl;cout << &s << endl;  //派生类的内存布局:先存放父类成员,再存放子类成员cout << &s.age << endl;cout << &s.id << endl;return 0;
}

运行结果:
在这里插入图片描述

8.3.2 继承中的构造、析构调用原则

  • 1、子类对象在创建时会首先调用父类的构造函数
  • 2、父类构造函数执行结束后,执行子类的构造函数
  • 3、当父类的构造函数有参数时,需要在子类的初始化列表中显示调用
  • 4、析构函数调用的先后顺序与构造函数相反
    在这里插入图片描述

8.3.3 继承与组合混搭情况下,构造和析构调用原则

原则:

  • 先构造父类,再构造成员变量、最后构造自己
  • 先析构自己,在析构成员变量、最后析构父类
  • 先构造的对象,后释放
    在这里插入图片描述

示例代码:

#include 
#include using namespace std;class Person    //父类或者基类
{
//private:
protected:   //保护权限:类的内部可以访问,派生类内部可以访问,类的外部不能访问char name[32];int age;
public:/*Person(){cout << "Person构造函数" << endl;strcpy(name, "aaa");age = 20;}*/Person(const char *n, int a){cout << "Person有参构造函数" << endl;strcpy(name, n);age = a;}~Person(){cout << "Person析构函数" << endl;}
};class Date
{
protected:int year;int mouth;int day;
public:Date(int y, int m, int d){cout << "Date有参构造函数" << endl;year = y;mouth = m;day = d;}~Date(){cout << "Date析构函数" << endl;}
};class Student : public Person   //子类或者派生类   public继承的权限
{
private:Date birth;   //先构造父类,再构造成员,最后构造自己int id;
public://当基类没有提供无参构造函数的时候,派生类需要通过对象初始化列表来传参Student(int i) : Person("aaa", 23), birth(1, 1, 1){cout << "Student构造函数" << endl;this->id = i;}void show(){cout << name << " " << age << " " << id << endl;//cout << id << endl;}~Student(){cout << "Student析构函数" << endl;}
};int main()
{Student s1(1);   //创建派生类对象,会先调用父类构造函数,来初始化继承来的成员s1.show();return 0;       //析构的顺序跟构造相反
}

运行结果:
在这里插入图片描述

8.3.4 继承中的同名成员变量处理方法

  • 1、当子类成员变量与父类成员变量同名时
  • 2、子类依然从父类继承同名成员
  • 3、在子类中通过作用域分辨符::进行同名成员区分(在派生类中使用基类的同名成员,显式地使用类名限定符)
  • 4、同名成员存储在内存中的不同位置

示例代码:

#include using namespace std;class TestA
{
private:int a;
public:void show(){cout << "this is TestA" << endl;}
};class TestB : public TestA
{
private:int a;
public:void show(){cout << "this is TestB" << endl;}
};int main()
{	TestB tb;cout << sizeof(tb) << endl; tb.show();  //同名成员函数,默认调用子类成员函数;变量也一样tb.TestA::show();return 0;
}

运行结果:
在这里插入图片描述

8.3.5 派生类中的static关键字

继承和static关键字在一起会产生什么现象呢?

  • 理论知识
    基类定义的静态成员,将被所有派生类共享

    根据静态成员自身的访问特性和派生类的继承方式,在类层次体系中具有不同的访问性质 (遵守派生类的访问控制)

    派生类中访问静态成员,用以下形式显式说明:
    类名 :: 成员 或 通过对象访问 对象名 . 成员

  • 总结:
    (1)static函数也遵守3个访问原则
    (2)static易犯错误(不但要初始化,更重要的显示的告诉编译器分配内存)

示例代码:

#include using namespace std;class Person
{
public:static int count;
public:Person(){count++;}
};
int Person::count = 0;class Student : public Person
{};int main()
{Student s1;Student s2;Student s3;Person p1;Person p2;cout << Person::count << endl;  //派生类和基类共享同一个静态成员变量cout << Student::count << endl;return 0;
}

运行结果:
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