C++学习笔记之继承

一、基类和派生类

很多时候，一个类的对象也“是”另一个类的对象，如矩形是四边形，在C++中，矩形类Rectangle可以由四边形类Quad继承而来，于是，四边形类Quad是基类，矩形类Rectangle是派生类。但是如果说四边形一定是矩形显然不对。几个简单的基类和派生类的例子：

基类　　　　　　　　                         派生类

　　　　   食物　　　　　　　　　　　　　　　　 米饭、面条、水饺　　　　　　　　　　　　　　

　　　　   交通工具　　　　　　　　　　　　　　 汽车、火车、飞机

国家　　　　　　　　　　　　　　　　中国、美国、西班牙

可以看出，每个派生类的对象都是基类的一个对象，并且一个基类可以有很多派生类。继承关系构成一种树状层次结构。基类和派生类存在这种层次关系，如下图：

下面用程序实例来说明：

建立一个乒乓球会员的类TableTennisPlayer类：

  #ifndef TABTEN_H_
  #define TABTEN_H_
  #include <string>
  using std::string;
  //一个简单的基类
  class TableTennisPlayer
  {
  private:
      string firstname;
     string lastname;
     bool hasTable;
 public:
     TableTennisPlayer (const string & fn = "none",
                     const string & ln = "none", bool ht = false);
     void Name() const;
     bool HasTable() const {return hasTable;}
     void ResetTable(bool v) {hasTable = v;}
 };

 #endif

  #include <iostream>
  #include "tabten.h"

  TableTennisPlayer::TableTennisPlayer (const string & fn,
      const string & ln, bool ht) : firstname(fn), lastname(ln),hasTable(ht) {}

  void TableTennisPlayer::Name() const
  {
      std::cout << lastname << ", " << firstname;
 }

TableTennisPlayer类只记录会员的姓名以及是否有桌球。假设一些会员参加过锦标赛，则需要这样一个类，它能包括会员在比赛中的比分。我们要重新新建一个类吗？显然不用，这时候只需从TableTennisPlayer类派生出一个类，假设为RatedPlayer

class RatedPlayer : public TableTennisPlayer
{
 ...
};
 

冒号表示RatedPlayer类的基类是TableTennisPlayer类，public 表明TableTennisPlayer是一个公有基类，这被称为公有派生。

使用公有派生，基类的公有成员将成为派生类的公有成员；基类的私有部分也将成为派生类的一部分，但是只能通过基类的公有（public）和保护（protected）方法访问。

RatedPlayer对象将具有以下特征：

• 派生类对象存储了基类的数据成员（派生类继承了基类的实现）
• 派生类可以使用基类的方法（派生类继承了基类的接口）

派生类还需要做：

• 添加自己的构造函数
• 根据需要添加额外的数据成员和成员函数

添加派生类的头文件如下：

 #include <iostream>
  #include "tabten.h"

  TableTennisPlayer::TableTennisPlayer (const string & fn,
      const string & ln, bool ht) : firstname(fn), lastname(ln),hasTable(ht) {}

  void TableTennisPlayer::Name() const
  {
      std::cout << lastname << ", " << firstname;
 }

 class RatedPlayer : public TableTennisPlayer
 {
 private:
     unsigned int rating;   //添加数据成员
 public:
     //派生类的构造函数必须给新成员（如果添加了的话）和基类的成员提供数据
     RatedPlayer (unsigned int r = , const string & fn = "none",
     const string & ln = "none", bool ht = false);
     RatedPlayer (unsigned int r, const TableTennisPlayer & tp);
     unsigned int Rating() const {return rating;}//添加方法
     void ResetRating (unsigned int r) {rating = r;}//添加方法
 };

  #include <iostream>
  #include "tabten.h"

  TableTennisPlayer::TableTennisPlayer (const string & fn,
      const string & ln, bool ht) : firstname(fn), lastname(ln),hasTable(ht) {}

  void TableTennisPlayer::Name() const
  {
      std::cout << lastname << ", " << firstname;
 }

 RatedPlayer::RatedPlayer (unsigned int r, const string & fn,
     const string & ln, bool ht) : TableTennisPlayer(fn, ln, ht)
 {
     rating = r;
 }
 RatedPlayer::RatedPlayer (unsigned int r, const TableTennisPlayer & tp)
     : TableTennisPlayer(tp), rating(r){}

派生类的构造函数必须给新成员（如果添加了的话）和基类的成员提供数据。派生类不能直接访问基类的私有成员，而必须通过基类方法访问，例如RatedPlayer构造函数不能直接设置继承的成员firstname, lastname和hasTable, 而必须使用基类的公有方法来访问私有的基类成员。

有关派生类构造函数的要点如下：

• 首先创建基类对象
• 派生类构造函数通过成员初始化列表将基类的信息传递给基类构造函数
• 派生类构造函数应初始化派生类新增的数据成员。

二、使用派生类

  #include <iostream>
  #include "tabten.h"

  int main ()
  {
      using std::cout;
      using std::endl;
      TableTennisPlayer player1("Tara", "Boomdea", false);
      RatedPlayer rplayer1(, "Mallory", "Duck", true);
     rplayer1.Name();//派生类调用基类的方法
     cout << ( rplayer1.HasTable() ? (": has a table\n") : ("hasn't a table\n") );
     player1.Name();
     cout << ( rplayer1.HasTable() ? (": has a table\n") : ("hasn't a table\n") );
     cout << "Name: ";
     rplayer1.Name();
     cout << "; Rating: " << rplayer1.Rating() << endl;

     //用基类对象初始化派生类
     RatedPlayer rplayer2(, player1);
     cout << "Name: ";
     rplayer2.Name();
     cout << "; Rating: " << rplayer2.Rating() << endl;

     return ;
 }

运行结果：

三、protected数据的继承

当基类中的成员数据为protected时，派生类就可以直接访问，而不用通过基类的公共方法去访问这些protected数据，简单来说，派生类可以直接继承protected数据成员，可以免去调用成员函数的开销，

使程序的性能稍稍有所提高。

在一个类的声明中，一个良好的类声明顺序最好是先声明public，然后是protected成员，最后是private成员。

使用protected数据注意的事项

• 派生类对象不必使用成员函数设置基类的protected数据成员值，派生类很容易将无效的值赋给基类的protected数据，导致对象处于不可靠的状态中
• 使用protected数据成员，导致派生类成员函数实现可能太依赖基类的实现，实际上，派生类应该只依赖基类提供的服务（即非private成员函数），而不应该依赖基类的实现

多数情况下，使用private数据成员是更好的软件工程的方法，虽然protected数据的继承使程序的性能稍稍有所提高，但是代码优化就交给编译器去做好了，这样的话代码更易于维护、修改和调试，一句话，除非万不得已，尽量不使用protected数据的继承。

“程序员应该致力于编写符合软件工程原则的代码，而将优化的问题留给编译器去做”。一条好的准则是：“不要怀疑编译器”。

四、补充

派生类不会继承基类的构造函数、析构函数和重载的赋值运算符，但是派生类可以调用基类的构造函数、析构函数和重载的赋值运算符函数。

当由基类派生出一个类时，继承基类的方式三种，即public继承、protected继承和private继承。但实际情况是，一般很难采用private继承和protected继承，而且使用时需十分小心。

• 当从public基类派生一个类时，基类的public成员成为派生类中的public成员，基类的protected成员成为派生类中的protected成员。派生类永远不能直接访问基类的private成员，但是可以通过调用基类的public和protected成员函数进行访问
• 当从protected基类派生一个类时，基类的public和protected成员都变成派生类中的protected成员
• 当从private基类派生一个类时，基类的public和protected成员都变成派生类中的private成员
• private和protected继承不是“is-a”关系

下图是派生类对基类成员的访问权限的一个总结：