C++詳細(xì)講解繼承與虛繼承實(shí)現(xiàn)

第C++詳細(xì)講解繼承與虛繼承實(shí)現(xiàn)目錄繼承的概念及定義概念：定義：繼承關(guān)系和訪問限定符總結(jié)基類和派生類對(duì)象賦值轉(zhuǎn)換繼承中的作用域派生類的默認(rèn)成員函數(shù)繼承與友元繼承與靜態(tài)成員復(fù)雜的菱形繼承及菱形虛擬繼承虛繼承原理繼承的總結(jié)

繼承的概念及定義

概念：

繼承機(jī)制是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)為了提高代碼復(fù)用率的一種手段，它可以保持原類特性的基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展，簡(jiǎn)單來說繼承是類層次的復(fù)用。

接下來我們來看一個(gè)簡(jiǎn)單的繼承

classPerson

public:

voidPrint()

cout"name:"_nameendl;

cout"age:"_ageendl;

protected:

string_name="zhao";

int_age=18;

classStudent:publicPerson

protected:

int_stuid;

classTeacher:publicPerson

protected:

int_jobid;

};

在上面這個(gè)類中繼承后父類（Person）的成員都會(huì)變成子類的一部分。

定義：

格式：

class子類：

public父類{}；

繼承關(guān)系和訪問限定符

繼承基類成員訪問方式的變化

類成員/繼承方式public繼承protected繼承private繼承基類的public成員派生類的public成員派生類的protected成員派生類的private成員基類的protected成員派生類的protected成員派生類的protected成員派生類的private成員基類的private成員在派生類中不可見在派生類中不可見在派生類中不可見

總結(jié)

基類private成員在派生類中無論以什么方式繼承都是不可見的。這里的不可見是指基類的私有成員還是被繼承到了派生類對(duì)象中，但是語法上限制派生類對(duì)象不管在類里面還是類外面都不能去訪問它?；恜rivate成員在派生類中是不能被訪問，如果基類成員不想在類外直接被訪問，但需要在派生類中能訪問，就定義為protected?？梢钥闯霰Ｗo(hù)成員限定符是因繼承才出現(xiàn)的。實(shí)際上面的表格我們進(jìn)行一下總結(jié)會(huì)發(fā)現(xiàn)，基類的私有成員在子類都是不可見?；惖钠渌蓡T在子類的訪問方式==Min(成員在基類的訪問限定符，繼承方式)，publicprotectedprivate。使用關(guān)鍵字class時(shí)默認(rèn)的繼承方式是private，使用struct時(shí)默認(rèn)的繼承方式是public，不過最好顯示的寫出繼承方式。在實(shí)際運(yùn)用中一般使用都是public繼承，幾乎很少使用protetced/private繼承，也不提倡使用protetced/private繼承，因?yàn)閜rotetced/private繼承下來的成員都只能在派生類的類里面使用，實(shí)際中擴(kuò)展維護(hù)性不強(qiáng)。

基類和派生類對(duì)象賦值轉(zhuǎn)換

派生類對(duì)象可以賦值給基類的對(duì)象/指針/引用。這里有一個(gè)形象的書法叫做切片或切割

基類對(duì)象不能賦值給派生類對(duì)象

基類的指針可以通過強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換賦值給派生類的指針。但是必須是基類的指針是指向派生類對(duì)象時(shí)才是安全地。

繼承中的作用域

在繼承體系中基類和派生類都有獨(dú)立的作用域。

子類和父類中有同名成員；子類成員將屏蔽父類對(duì)同名成員的直接訪問，這種情況叫做隱藏，也叫作重定義。如果要訪問父類的成員可以使用域作用限定符進(jìn)行訪問。

注意函數(shù)構(gòu)成隱藏的話只需要函數(shù)名相同。

實(shí)際在繼承體系里面最好不要定義同名的成員。

派生類的默認(rèn)成員函數(shù)

在這里又把類與對(duì)象中學(xué)的六個(gè)默認(rèn)成員函數(shù)拉出來了，那么在繼承體系中這幾個(gè)成員函數(shù)是如何生成的呢？

構(gòu)造函數(shù)：派生類的構(gòu)造函數(shù)必須基類的構(gòu)造函數(shù)初始化基類的那部分成員。如果基類沒有默認(rèn)的構(gòu)造函數(shù)，則必須在派生類構(gòu)造函數(shù)的初始化列表階段顯示調(diào)用。拷貝構(gòu)造函數(shù)：派生類的拷貝構(gòu)造函數(shù)必須調(diào)用基類的拷貝構(gòu)造完成基類的拷貝初始化。賦值重載：派生類operator=必須要調(diào)用基類的operator=完成基類的賦值。析構(gòu)函數(shù)：派生類的析構(gòu)函數(shù)會(huì)在被調(diào)用完成后自動(dòng)調(diào)用基類的析構(gòu)函數(shù)清理基類成員。因?yàn)檫@樣才能保證派生類對(duì)象先清理派生類成員再清理基類成員的順序。

派生類對(duì)象初始化先調(diào)用基類構(gòu)造再調(diào)派生類構(gòu)造

派生類對(duì)象析構(gòu)清理先調(diào)用派生類析構(gòu)再調(diào)基類的析構(gòu)。

簡(jiǎn)單的運(yùn)用：

classPerson

public:

Person(constchar*name="zhao")

:_name(name)

cout"父構(gòu)造"endl;

Person(constPersonp)

:_name()

cout"父拷貝構(gòu)造"endl;

Personoperator=(constPersonp)

cout"父賦值重載"endl;

if(this!=p)

_name=;

return*this;

~Person()

cout"父析構(gòu)"endl;

protected:

string_name;

classStudent:publicPerson

public:

Student(constchar*name,intnum)

:Person(name)

,_num(num)

cout"子構(gòu)造"endl;

Student(constStudents)

:Person(s)

,_num(num)

cout"子拷貝構(gòu)造"endl;

Studentoperator=(constStudents)

cout"子賦值重載"endl;

if(this!=s)

//小心這里是隱藏

Person::operator=(s);

_num=s._num;

return*this;

//需要注意在這塊~Student()和~Person()構(gòu)成隱藏，這是由于多態(tài)的一些原因，任何類析構(gòu)函數(shù)名都會(huì)被統(tǒng)一處理為destructor()

~Student()

cout"子析構(gòu)"endl;

//為了保證析構(gòu)時(shí)，保持先子再父的后進(jìn)先出的析構(gòu)順序，子類析構(gòu)函數(shù)完成后，會(huì)自動(dòng)去調(diào)用父類的析構(gòu)函數(shù)。

protected:

int_num;

};

繼承與友元

友元關(guān)系不能繼承，也就是說基類友元不是子類的友元。

繼承與靜態(tài)成員

基類定義了static靜態(tài)成員，則整個(gè)繼承體系里面只有一個(gè)這樣的成員，無論派生出多少個(gè)子類，都只有一個(gè)static成員實(shí)例。

classPerson

public:

Person(){++_count;}

protected:

string_name;//姓名

public:

staticint_count;//統(tǒng)計(jì)人的個(gè)數(shù)。

intPerson::_count=0;

classStudent:publicPerson

protected:

int_stuNum;//學(xué)號(hào)

classGraduate:publicStudent

protected:

string_seminarCourse;//研究科目

voidTestPerson()

Students1;

Students2;

Students3;

Graduates4;

cout"人數(shù):"Person::_countendl;

Student::_count=0;

cout"人數(shù):"Person::_countendl;

}

復(fù)雜的菱形繼承及菱形虛擬繼承

單繼承：一個(gè)子類只有一個(gè)直接父類時(shí)稱這個(gè)繼承關(guān)系為單繼承

多繼承：一個(gè)子類有兩個(gè)或以上直接父類時(shí)稱這個(gè)繼承關(guān)系為多繼承

菱形繼承：菱形繼承是多繼承的一種特殊情況。

菱形繼承的問題：從下面的對(duì)象成員模型構(gòu)造，可以看出菱形繼承有數(shù)據(jù)冗余和二義性的問題。在Assistant的對(duì)象中Person成員會(huì)有兩份。

虛擬繼承可以解決菱形繼承的二義性和數(shù)據(jù)冗余的問題。如上面的繼承關(guān)系，在Student和Teacher的繼承Person時(shí)使用虛擬繼承，即可解決問題。需要注意的是，虛擬繼承不要在其他地方去使用

虛擬繼承解決數(shù)據(jù)冗余和二義性的原理為了研究虛擬繼承原理，我們給出了一個(gè)簡(jiǎn)化的菱形繼承繼承體系，再借助內(nèi)存窗口觀察對(duì)象成員的模型。

虛繼承原理

虛繼承實(shí)現(xiàn)：

在腰部?jī)蓚€(gè)繼承之前加上關(guān)鍵字vittul,實(shí)現(xiàn)虛繼承。

classAnimal{

public:

int_a;

classTuo:virtualpublicAnimal

public:

int_b;

classSheep:virtualpublicAnimal

public:

int_c;

classSheepTuo:publicB,publicC

public:

int_b;

}

要探究虛繼承如何實(shí)現(xiàn)，需要借用VS的開發(fā)人員命令提示工具，在VS2025的工具-命令行-開發(fā)者命令提示中。cd到當(dāng)前項(xiàng)目的目錄，輸入cl/d1reportSingleClassLayout要查看的類名文件名，在這里就是cl/d1reportSingleClassLayoutSheepTuodiamond_Inherit.cpp?？梢钥吹疆?dāng)前類內(nèi)存的結(jié)構(gòu)。（編譯后才能查看到內(nèi)存分布）

這個(gè)圖就是內(nèi)存結(jié)構(gòu)，可以看到，SheepTuo類中分別繼承了來自Sheep類的vbptr（虛基類指針）和Tuo類的vbptr（虛基類指針）。這個(gè)虛基類指針指向的是一個(gè)虛基類表，可以在圖中看到虛基類表中第一項(xiàng)存儲(chǔ)的是vbptr與本類的偏移地址，也就是繼承過來的Sheep類中初始位置就是存放Sheep類的的vbptr，在這里為0；第二項(xiàng)是本類的vbptr與虛基類的公有成員之間的偏移量，也就是Sheep的vbptr和Animal類的age之間偏移為8，Tuo的vbptr和age之間偏移量為4。對(duì)于虛基類的派生類，虛基類的偏移量由實(shí)際類型決定，因此在運(yùn)行時(shí)才可以確定虛基類的地址。

指的注意的是，Sheep類中也是存放了一份age，在這里還可以看到，Sheep和Tuo的Size都是8，因?yàn)槌死^承的age以外，還有Size為4的虛函數(shù)指針

因?yàn)閏lassSheepTuo:publicSheep,publicTuo繼承的時(shí)候，把Sheep和Tuo的vbptr都繼承了，然后通過他們類距離虛基類中的公共成員age的偏移量發(fā)現(xiàn)他們指向的是同一個(gè)age，所以就不會(huì)拷貝兩份，SheepTuo只保留一份age。至于虛繼承底層實(shí)現(xiàn)原理則與編譯器相關(guān)

繼承的總結(jié)

很多人說C++語法復(fù)雜，其實(shí)多繼承就是一個(gè)體現(xiàn)。有了多繼承，就存在菱形繼承，有了菱形繼承就有菱形虛擬繼承，底層實(shí)現(xiàn)就很復(fù)雜。所以一般不建議設(shè)計(jì)出多繼承，一定不要設(shè)計(jì)出菱形繼承。否則在復(fù)雜度及性能上都有問題。

多繼承可以認(rèn)為是C++的缺陷之一，很多后來的OO語言都沒有多繼承，如Java

繼承和組合

public繼承是一種is-a的關(guān)系。也就是說每個(gè)派生類對(duì)象都是一個(gè)基類對(duì)象。

組合是一種has-a的關(guān)系。假設(shè)B組合了A，每個(gè)B對(duì)象中都有一個(gè)A對(duì)象。

優(yōu)先使用對(duì)象組合，而不是類繼承。

繼承允許你根據(jù)基類的實(shí)現(xiàn)來定義派生類的實(shí)現(xiàn)。這種通過生成派生類的復(fù)用通常被稱為白箱復(fù)用(white-boxreuse)。術(shù)語白箱是相對(duì)可視性而言：在繼承方式中，基類的內(nèi)部細(xì)節(jié)對(duì)子類可見。繼承一定程度破壞了基類的封裝，基類的改變，對(duì)派生類有很大的影響。派生類和基類間的依賴關(guān)系很