前言

各位读者朋友们大家好！上期我们讲完了模板进阶的内容，这期我们开始进入一个新的阶段，我们这期来讲面向对象编程的三大特性：封装、继承、多态中的继承。

一. 继承的概念及定义

1.1 继承的概念

继承(inheritance)机制是面向对象程序设计使代码可以复用的最重要i的手段，它允许我们在保持原有类特性的基础上进行扩展，增加方法（成员函数）和属性（成员变量），这样产生新的类，称为派生类。继承呈现了面向对象程序设计的层次结构，体现了由简单到复杂的认知过程。以前我们接触的函数层次的复用，继承是类设计层次的复用。

下面我们看到没有继承之前我们设计了两个类Student和Teacher，Student和Teacher都有姓名/地址/电话/年龄等成员变量，都有identity身份认证的成员函数，设计到两个类里面就是冗余的。当然他们也有⼀些不同的成员变量和函数，比如老师独有成员变量是职称，学生的独有成员变量是学号；学生的独有成员函数是学习，老师的独有成员函数是授课。
下面我们公共的成员都放到Person类中，Student和teacher都继承Person，就可以复用这些成员，就不需要重复定义了，省去了很多麻烦。

1.2 继承的定义

1.2.1 定义格式

下面我们看到的Person是基类，也叫做父类。Student是派生类，也叫子类。

1.2.2 继承基类成员访问方式的变化

类成员/继承方式	public继承	protected继承	private继承
基类的public成员	派生类的public成员	派生类的protected成员	派生类的private成员
基类的protected成员	派生类的protected成员	派生类的protected成员	派生类的private成员
基类的private成员	在派生类中不可见	在派生类中不可见	在派生类中不可见

1. 基类的private成员在派生类中，无论以什么方式继承都是不可见的。这里的不可见是指基类的私有成员还是被继承到了派生类对象中，但是语法上限制派生类对象不管在类里面还是类外面都不能去访问它（可以间接的访问，通过调基类提供的public/protected来访问private变量的成员函数就可以间接的访问）。
   
   这里基类的private成员 _age，以public继承的方式继承到子类中，通过调试可以看到子类中是有 _age成员的，但是在子类中访问它会报错。
   

2. 基类的private成员在派生类中是不能被访问的，如果基类成员不想在类外直接被访问，但需要在派生类中能被访问，就定义成protected。可以看出，保护成员限定符是因继承而出现的。
   

3. 实际上面的表格我们进行总结一下就会发现，基类的私有成员在所有派生类中都不可见。基类的其他成员在派生类的访问方式==Min(成员在基类的访问限定符，继承方式)，public>protected>private。
   

4. 在实际运用中一般使用的是public继承（继承下来成员的访问方式不变），几乎很少使用protected/private继承，也不提倡使用protected/private继承，因为这样继承下来的成员都只能在派生类的类里使用，实际中扩展维护性不强。

5. 使用关键字class时默认的继承方式是private，使用struct时默认的继承方式是public，不过最好显示的写出继承方式。
   

1.3 继承类模板

之前我们实现的栈是用vector、deque适配出来的，这里的栈是作为vector的派生类实现的。

因此，我们要调用基类中的函数时，要指明类域，这样编译器就会到对应的类域中去实例化这个函数并且完成调用。

namespace Yuey
{
	template<class T>
	class stack : public std::vector<T>
	{
	public:
		void push(const T& x)
		{
			vector<T>::push_back(x);
		}
		void pop()
		{
			vector<T>::pop_back();
		}
		const T& top()
		{
			return vector<T>::back();
		}
		bool empty()
		{
			return vector<T>::empty();
		}
	};
}

这里使用宏替换就能很快地变换stack的底层结构。

二. 基类和派生类间的转换

1. public继承的派生类对象可以赋值给基类的指针/基类的对象/基类的引用。这里有个形象的说法叫做切片或者切割。寓意把派生类中基类那部分切出来，基类指针或引用指向的是派生类中切出来的基类的那一部分。
   
   
   这里的赋值并没有涉及到类型转化，如果有类型转换的话，引用赋值那里就会编译不过，因为类型转换的话会生成临时对象，临时对象具有常性，用普通引用就会权限放大，但这里没报错，说明没有发生类型转换。
2. 基类对象不能赋值给派生类对象
   
3. 基类的指针或引用可以通过强制类型转换赋值给派生类的指针或者引用。但是必须是基类的指针指向派生类时才是安全的。如果基类是多态类型，可以使用RTTI(Run-Time-Type-Information)的dynamic_cast来进行识别后进行安全转换。(这个我们后面章节再细讲)
   
   

三. 继承中的作用域

3.1 隐藏规则

1. 在继承体系中，基类和派生类都有独立的作用域。

2. 派生类和基类中有同名成员，派生类成员将屏蔽基类对同名成员的直接访问，这种情况叫隐藏。(在派生类成员函数中，可以使用 基类::基类成员 显示访问)
   

3. 需要注意的是，如果是成员函数的隐藏，只要函数名相同就构成隐藏。

4. 注意在实际中，继承体系里面最好不要定义同名成员。

3.2 考察继承作用域的相关选择题

class A
{
public:
	void fun()
	{
		cout << "func()" << endl;
	}
};
class B : public A
{
public:
	void fun(int i)
	{
		cout << "func(int i)" << i << endl;
	}
};

int main()
{
	B b;
	b.fun(10);
	b.fun();

	return 0;
};

1. A和B类中两个func构成什么关系（）
   A. 重载 B. 隐藏 C. 没关系
   
2. 上面程序的编译运行结果是什么（）
   A. 编译报错 B. 运行报错 C. 正常运行
   
   因为子类中的函数是接收一个形参的，因此不会调用子类中的函数，又因为基类和派生类函数名相同构成了隐藏，所以不会调到基类的fun函数。如果要调基类的需要指明类域：
   

四. 派生类的默认成员函数

4.1 4个常见的默认成员函数

6个默认成员函数，默认的意思是我们不写，编译器会帮我们自动生成一个，那么在派生类中，这几个成员函数是如何生成的呢？

1. 派生类的构造函数必须调用基类的构造函数初始化基类的那一部分成员。如果基类没有默认的构造函数，则必须在派生类构造函数的初始化列表阶段显示调用。（先初始化基类成员，初始化列表走的顺序是声明的顺序不是出现的顺序）
   

2. 派生类的拷贝构造函数必须调用基类的拷贝构造完成基类的初始化。
   

3. 派生类的operator=必须要调用基类的operator=完成基类的赋值。需要注意的是派生类的operator=隐藏了基类的operator=，所以要指明类域显示的调用基类的operator=
   

4. 派生类的析构函数会在被调用结束后自动调用基类的析构函数清理基类成员。因为这样才能保证派生类对象先清理派生类成员再清理基类成员的顺序。
   
   这里不能调用基类的析构函数是因为基类的析构函数和派生类的析构函数构成了隐藏。但是这两个的函数名不相同为什么会构成隐藏呢？
   因为多态中一些场景析构函数需要构成重写，重写的条件之一是函数名相同(这个我们多态章节会讲解)。那么编译器会对析构函数名进行特殊处理，处理成destructor()，所以基类析构函数不加virtual的情况下，派生类析构函数和基类析构函数构成隐藏关系。
   

因此要指明类域调用析构函数

我们只有三个对象，但是却调用了6次析构函数，这显然是不对的，实际上对于基类的析构函数是不需要我们自己显示的去调用的，编译器会在子类析构结束后自动化调用基类的析构函数

5. 派生类对象初始化先调用基类构造再调派生类构造
6. 派生类对象析构先调用派生类的析构再调用基类的析构
   

4.2 实现一个不能被继承的类

1. 方法一:(C++98)基类的构造函数私有，派生类的构成必须调用基类的构造函数，但是基类的构造函数私有化以后，在派生类中就不能调用了，那么派生类就无法实例化出对象。

2. C++11新增一个关键字final，final修改基类，派生类就不能继承了。
   

五. 继承与友元

友元关系不能继承，也就是说基类友元不能访问派生类的私有和保护成员。

class Student;
class Person
{
public:
	friend void Display(const Person& p, const Student& s);
protected:
	string _name; 
};
class Student : public Person
{
	friend void Display(const Person& p, const Student& s);
protected:
	int _stuNum; 
};
void Display(const Person& p, const Student& s)
{
	cout << p._name << endl;
	cout << s._stuNum << endl;
}
int main()
{
	Person p;
	Student s;
	Display(p, s);
	return 0;
}

如果基类的友元想要访问的到子类的私有或者保护成员，需要将基类的友元声明为子类的友元。

六. 继承与静态成员

基类定义了static静态成员，则整个继承体系里面只有一个这样的成员。无论派生出多少个子类，都只有一个static成员实例。

这里的运行结果可以看到非静态成员_name的地址是不一样的，说明子类继承下来了基类的_name成员，基类和子类对象各自有一份；但是静态成员_count的地址是一样的，说明基类和子类共用一份静态成员变量。（静态成员变量存在静态区）

七. 多继承及其菱形继承问题

7.1 继承模型

• 单继承：一个派生类只有一个直接基类时称这个继承关系为单继承。
  

• 多继承：一个子类有两个或者以上直接基类时称这个继承关系为多继承，多继承对象在内存中的模型是：先继承的基类在前面，后继承的基类在后面，子类成员在最后面
  

• 菱形继承：菱形继承是多继承的一种特殊情况。菱形继承存在数据冗余和二义性的问题，在Assistant的对象中Person的成员会有两份。支持多继承就一定会有菱形继承，像Java就直接不支持多继承，规避掉了这个问题，所以实际中我们也是不建议设计出菱形继承的模型。
  
  
  
  

io流的设计就是菱形继承，ios的内容在iostream中存两份，有没有什么方法让ios的内容只在iostream中存一份呢？

7.2 虚继承

很多人说C++语法复杂，其实多继承就是一个体现。有了多继承，就存在菱形继承，有了菱形继承就会有菱形虚拟继承，底层实现就很复杂，性能也会有一些缺失，所以最好不要设计出菱形继承。多继承可以认为是C++的缺陷之一，后来的很多语言如Java就没有多继承。
虚继承这里引入一个新的关键字virtual，当有数据冗余的情况时，将virtual加在会产生数据冗余的继承的基类前（两个基类都要加）：

加上virtual后对Student类和Teacher类没有影响，对Assistant类的影响是，Assistant类的对象的Student类和Teacher类共用一个Person的成员了，即Person的成员只在Assistant类中实例化了一份。
谁有数据冗余和二义性，在继承他的时候就要在他前面加virtual

总之，避免设计出菱形继承模式。

7.3 多继承中指针偏移问题

A：p1 == p2 == p3 B：p1<p2<p3 C：p1== p3 != p2 D：p1 != p2 != p3

class Base1 { public: int _b1 = 1; };
class Base2 { public: int _b2 = 2; };
class Derive : public Base1, public Base2
{
public:
	int _d = 3; 
	int _e = 4; 
};
int main()
{
	Derive d;
	Base1* p1 = &d;
	Base2* p2 = &d;
	Derive* p3 = &d;

	return 0;
}

7.4 IO库中的菱形虚拟继承

库中的源代码：

template<class CharT, class Traits = std::char_traits<CharT>>
class basic_ostream : virtual public std::basic_ios<CharT, Traits>
{};
template < class CharT, class Traits = std::char_traits<CharT>>
class basic_istream : virtual public std::basic_ios<CharT, Traits>
{};

八. 继承和结合

• public继承是一种is-a的关系。也就是说每个子类对象都是一个基类对象。（子类中有基类的成员）

• 组合是一种has-a的关系。假设B组合了A，每个B对象中都会有一个A对象。
  

• 继承允许根据基类的实现来定义子类的实现。这种通过生成子类的复用通常称为白箱复用。术语“白箱”是相对可视性而言：在继承方式中，基类内部细节对子类可见。继承在一定程度上破坏了基类的封装，基类的改变也会影响到子类，基类和子类之间的依赖关系很强，耦合度高。

• 对象组合是类继承之外的另一种复用选择。新的更复杂的功能可以通过组装或组合对象获得。对象组合要求被组合对象具有良好定义的接口。这种复用风格被称为黑箱复用，因为对象内部的细节是不可见的。对象只以“黑箱”的形式出现。组合类之间没有很强的依赖关系，耦合度低。优先使用对象的组合有助于保持每个类被封装。

• 优先使用组合而不是继承。实际中尽量多使用组合，组合的耦合度低，代码的维护性好。不过也不能太绝对，类之间的关系就适合继承就用继承，另外实现多态，也必须要继承。类之间的关系既适合用继承又适合组合就用组合。

结语

以上我们就讲完了面向对象编程三大属性之一——继承的内容。希望对大家有所帮助，感谢大家的阅读，欢迎大家批评指正！