C/C++编程笔记：C++入门知识丨继承和派生

本篇要学习的内容和知识结构概览

继承和派生的概念

派生

通过特殊化已有的类来建立新类的过程, 叫做”类的派生”, 原有的类叫做”基类”, 新建立的类叫做”派生类”. 从类的成员角度看, 派生类自动地将基类的所有成员作为自己的成员, 这叫做”继承”. 基类和派生类也可以叫做”父类”和”子类”, 也可以叫做”一般类”和”特殊类”.

继承

类的继承是指派生类继承基类的数据成员和成员函数. 继承用来表示类属关系, 不能将继承理解为构成关系

继承派生的作用

• 增加新的成员(数据成员和成员函数)
• 重新定义已有的成员函数
• 改变基类成员的访问权限

单一继承

一般形式

class 派生类名: 访问控制 基类名 {	private:		成员声明列表	protected:		成员声明列表	public:		成员声明列表}复制代码

"冒号"表示新类是哪个基类的派生类

"访问控制"指继承方式. 三个方式: public, protected, private

派生类的构造函数和析构函数

// 基类
class Point {
    int x;
    int y;

    public:
    Point(int a, int b) {
        x = a;
        y = b;
        cout << "init Point" << endl;
    }
    void showPoint() {
        cout << "x = " << x << ", y = " << y << endl;
    }
    ~Point() {
        cout << "delete Point" << endl;
    }
};

// 派生类
class Rect: public Point {
    int w;
    int h;

    public:
    // 调用基类的构造函数对基类成员进行初始化
    Rect(int a, int b, int c, int d):Point(a, b) {
        w = c;
        h = d;
        cout << "init Rect" << endl;
    }
    void showRect() {
        cout << "w = " << w << ", h = " << h << endl;
    }
    ~Rect() {
        cout << "delete Rect" << endl;
    }
};

int main() {
    Rect r(3, 4, 5, 6);
    r.showPoint();
    r.showRect();

    /** 输出结果
     init Point // 当定义一个派生类的对象时, 首先调用基类的构造函数, 完成对基类成员的初始化
     init Rect // 然后执行派生类的构造函数, 完成对派生类成员的初始化
     x = 3, y = 4 // 调用基类成员函数showPoint();
     w = 5, h = 6 // 调用派生类成员函数showRect();
     delete Rect // 构造函数的执行顺序和构造函数的执行顺序相反, 首先调用派生类的析构函数
     delete Point // 其次调用基类的析构函数
     */
}
复制代码

类的保护成员

如果希望Rect中的showRect()函数可以一次显示x, y , w, h. 我们直接修改showRect()函数是不行的.

void showRect() {
	cout << "x = " << x << ", y = " << y << ", w = " << w << ", h = " << h << endl;
}复制代码

报错 error: 'x' is a private member of ‘Point' 'y' is a private member of ‘Point', x, y为Point类的私有成员, 公有派生时, 在Rect类中是不可访问的

我们还需要将基类Point中的两个成员声明为protected的属性

像这样

// 基类
class Point {
    // 公有数据成员
    protected:
    int x;
    int y;

    public:
    Point(int a, int b) {
        x = a;
        y = b;
        cout << "init Point" << endl;
    }
    void showPoint() {
        cout << "x = " << x << ", y = " << y << endl;
    }
};

// 派生类
class Rect: public Point {
    int w;
    int h;

    public:
    // 调用基类的构造函数对基类成员进行初始化
    Rect(int a, int b, int c, int d):Point(a, b) {
        w = c;
        h = d;
        cout << "init Rect" << endl;
    }

    // 公有派生, Point类中的受保护数据成员, 在Rect类中也是受保护的, 所以可以访问  // 而通过公有继承的基类私有的成员, 在派生类中是不可被访问的    void showRect() {
        cout << "x = " << x << ", y = " << y << ", w = " << w << ", h = " << h << endl;
    }
};

int main() {
    Rect r(3, 4, 5, 6);
    r.showPoint();
    r.showRect();
}复制代码

访问权限和赋值兼容规则

在根类中, 对于成员的访问级别有三种, public, protected, private

在派生类中, 对于成员的访问级别有四种, public(公有), protected(受保护), private(私有), inaccessible(不可访问)

• 公有派生和赋值兼容规则

在公有派生情况下, 基类成员的访问权限在派生类中基本保持不变

1. 基类的公有成员在派生类中仍然是公有的
2. 基类的保护成员在派生类中仍然是受保护的
3. 基类的不可访问的成员在派生类中仍然是不可访问的
4. 基类的私有成员在派生类中变成了不可访问的

总结: 在公有派生的情况下, 通过派生类自己的成员函数可以访问继承过来的公有和保护成员, 但是不能访问继承来的私有成员, 因为继承过程的私有成员, 变成了第四个级别, 不可访问的.

赋值兼容规则:

在公有派生的情况下, 一个派生类的对象可以作为基类的对象来使用的情况.

像这样

// 基类
class Point {
    // 这里声明成员属性为受保护的
    protected:
    int x;
    int y;

    public:
    Point(int a, int b) {
        x = a;
        y = b;
    }

    void show() {
        cout << "x = " << x << ", y = " << y << endl;
    }
};

// 派生类
class Rect: public Point {
    int w;
    int h;

    public:
    // 调用基类的构造函数对基类成员进行初始化
    Rect(int a, int b, int c, int d):Point(a, b) {
        w = c;
        h = d;
    }

    void show() {
        cout << "x = " << x << ", y = " << y << ", w = " << w << ", h = " << h << endl;
    }
};

int main() {
    Point a(1, 2);
    Rect b(3, 4, 5, 6);
    a.show();
    b.show();

    Point & pa = b; // 派生类对象初始化基类的引用
    pa.show(); // 实际调用基类的show()函数

    Point * p = &b; // 派生类对象的地址赋值给指向基类的指针
    p -> show(); // 实际也是调用基类的show()函数

    Rect * pb = &b; // 派生类指针
    pb -> show(); // 调用派生类的show()函数

    a = b; // 派生类对象的属性值, 更新基类对象的属性值
    a.show(); // 调用基类的show()函数
    /**
     x = 1, y = 2
     x = 3, y = 4, w = 5, h = 6
     x = 3, y = 4
     x = 3, y = 4
     x = 3, y = 4, w = 5, h = 6
     x = 3, y = 4
     */
}
复制代码

• “isa”和”has-a“的区别

继承和派生 isa

比如一个Person类, 派生出一个Student类, 我们可以说Student就是Person, 也就是 Student isa Person, 而反过来则不行.

一个类用另一个类的对象作为自己的数据成员或者成员函数的参数 has-a

像这样

// 地址类
class Address {};
class PhoneNumber {};

// 职工类
class Worker {
    String name;
    Address address;
    PhoneNumber voiceNumber;
};
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表示一个Worker对象有一个名字, 一个地址, 一个电话号码, has-a的关系, 包含的关系

• 私有派生

通过私有派生, 基类的私有和不可访问成员在派生类中是不可访问的, 而公有和保护成员这里就成了派生类的私有成员

// 基类
class Point {
    int x;
    int y;

    public:
    Point(int a, int b) {
        x = a;
        y = b;
    }

    void show() {
        cout << "x = " << x << ", y = " << y << endl;
    }
};

// 派生类
class Rect: private Point {
    int w;
    int h;

    public:
    Rect(int a, int b, int c, int d):Point(a, b) {
        w = c;
        h = d;
    }

    void show() {
        Point::show(); // 通过私有继承, Point类中的公有成员show(), 在Rect中为私有
        cout << "w = " << w << ", h = " << h << endl;
    }
};

class Test: public Rect {

    public:
    Test(int a, int b, int c, int d):Rect(a, b, c, d) {

    }
    void show() {
        Rect::show();
//        Point::show();
        /** error: 'Point' is a private member of ‘Point’
         标明: 不可访问基类Point中的成员
         Rect类私有继承自Point类, 所以Point中的私有成员x, 私有成员y, 在Rect类中为不可访问: Point类中公有成员show(), 在Rect中变私有
         Test类公有继承自Rect类, 所以在Rect中成员x, 成员y, 仍然是不可访问, Rect::show()还是public, 但是Point::show()不可访问 */
    }
};
复制代码

因为私有派生不利于进一步派生, 因而实际中私有派生用得并不多

• 保护派生

保护派生使原来的权限都降一级使用, 即private变为不可访问, protected变为private, public变为protected. 限制了数据成员和成员函数的访问权限, 因此在实际中保护派生用得也不多.

比如: 我们在上个例子中, Rect类保护派生于Point, 则在Test类中Point::show();就可以使用啦!

多重继承

一个类从多个基类派生

格式

class 派生类名: 访问控制 基类名1, 访问控制 基类名2, … {
	定义派生类自己的成员
}复制代码

像这样

// 基类A, 也叫根类
class A {
    int a;

    public:
    void setA(int x) {
        a = x;
    }

    void showA() {
        cout << "a = " << a << endl;
    }
};

// 基类B, 也叫根类
class B {
    int b;

    public:
    void setB(int x) {
        b = x;
    }

    void showB() {
        cout << "b = " << b << endl;
    }
};

// 多重继承, 公有继承自类A, 私有继承自类B
class C: public A, private B {
    int c;

    public:
    void setC(int x, int y) {
        c = x;
        setB(y);
    }

    void showC() {
        showB();
        cout << "c = " << c << endl;
    }
};

int main() {
    C c;
    c.setA(53); // 调用基类setA()函数
    c.showA(); // 调用基类showA()函数

    c.setC(55, 58); // 调用派生类C的setC()函数
    c.showC(); // 调用派生类C的showC()函数

    // 派生类C私有继承自基类B, 所以基类B中私有成员b, 在派生类C中不可访问, 基类B中公有成员setB(), showB()在派生类C中变私有. 在main()函数中不可访问
//    c.setB(60); // error: 'setB' is a private member of 'B'
//    c.showB(); // 'showB' is a private member of 'B'
    /**
     a = 53
     b = 58
     c = 55
     */
}
复制代码

二义性及其支配规则

对基类成员的访问必须是无二义性的, 如果一个表达式的含义可以解释为可以访问多个基类中的成员, 则这种对基类成员的访问就是不确定的, 称这种访问具有二义性

作用域分辨符和成员名限定

// 基类A, 也叫根类
class A {
    public:
    void func() {
        cout << "A func" << endl;
    }
};

// 基类B, 也叫根类
class B {
    public:
    void func() {
        cout << "B func" << endl;
    }

    void gunc() {
        cout << "B gunc" << endl;
    }
};

// 多重继承
class C: public A, public B {
    public:
    void gunc() {
        cout << "C gunc" << endl;
    }

    void hunc() {
        /**
         这里就具有二义性, 它即可以访问A类中的func(), 也可以访问类B中的func()
         */
//        func(); // error: Member 'func' found in multiple base classes of different types
    }

    void hunc1() {
        A::func();
    }

    void hunc2() {
        B::func();
    }
};

int main() {
    C c;
//    c.func(); // 具有二义性
    c.A::func();
    c.B::func();
    c.B::gunc();
    c.C::gunc();

    c.gunc();
    c.hunc1();
    c.hunc2();

    /** 输出结果
     A func
     B func
     B gunc
     C gunc

     C gunc // 如果基类中的名字在派生类中再次声明, 则基类中的名字就被隐藏. 如果我们想要访问被隐藏的基类中的成员则使用作用域分辨符B::gunc();
     A func
     B func
     */
}复制代码

格式: 类名::标识符

:: 为作用域分辨符, "类名"可以是任一基类或派生类名, “标识符”是该类中声明的任一成员名

派生类支配基类的同名函数

如果派生类定义了一个同基类成员函数同名的新成员函数(具有相同参数表的成员函数), 派生类的新成员函数就覆盖了基类的同名成员函数.

在这里, 直接使用成员名只能访问派生类中的成员函数, 使用作用域运算符, 才能访问基类的同名成员函数.

派生类中的成员函数名支配基类中的同名的成员函数名, 这称为名字支配规则.

如果一个名字支配另一个名字, 则二者之间不存在二义性, 当选择该名字时, 使用支配者的名字.

例如上个例子中

c.gunc() // 输出”C gunc”, 基类B中的gunc成员函数被支配了
c.B::gunc(); // 加上作用域分辨符, 来使用被支配的成员复制代码

来自一张表的总结

总结

C++中的多重继承可能更灵活, 并且支持三种派生方式, 我们在学习一门语言的时候, 更应该把精力放在它的特性上面, 不应该用什么语言, 都用自己所擅长语言的思考方式, 实现方式等, 要学会发挥该语言的优势所在.

自学C/C++编程难度很大，不妨和一些志同道合的小伙伴一起学习成长！

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