C++ 一篇搞懂继承的常见特性

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发布于: 2020 年 08 月 18 日
继承和派生01 继承和派生的概念继承：
在定义一个新的类 B 时，如果该类与某个已有的类 A 相似（指的是 B 拥有 A 的全部特点），那么就可以把 A 作为一个基类，而把B作为基类的一个派生类（也称子类）。
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派生类：
派生类是通过对基类进行修改和扩充得到的，在派生类中，可以扩充新的成员变量和成员函数。
派生类拥有基类的全部成员函数和成员变量，不论是private、protected、public。需要注意的是：在派生类的各个成员函数中，不能访问基类的private成员。
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02 需要继承机制的例子程序猿种类有很多种，如 C/C++ 程序猿，Java 程序猿，Python 程序猿等等。那么我们要把程序猿设计成一个基类， 我们则需要抽出其特有的属性和方法。
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所有程序猿的共同属性（成员变量）：
姓名
性别
职位
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所有的程序猿都有的共同方法（成员函数）：
是否要加班？
是否有奖励？
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而不同的程序猿，又有各自不同的属性和方法：
C++ 程序猿：是否是音视频、网游领域
Java 程序猿：是否是微服务领域
Python 程序猿：是否是人工智能、大数据领域
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03 派生类的写法继承的格式如下：
class 派生类名：public 基类名
{
    
};
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程序猿 Coder 基类：
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class Coder
{
public:
    bool isWorkOvertime(){}        // 是否要加班
    
    bool isReward(){}              // 是否有奖励
    
    void Set(const string & name)  // 设置名字
    {
        m_name = name;
    }
    
    ...
    
private:
    string m_name; // 姓名
    string m_post; // 职位
    int m_sex;     // 性别
};
Python 程序猿 PythonCoder 派生类：
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class PythonCoder : public Coder
{
public:
    bool isAIField(){}      // 是否是人工智能领域
    bool isBigDataField(){} // 是否是大数据领域
};
04 派生类对象的内存空间派生类对象的大小 = 基类对象成员变量的大小 + 派生类对象自己的成员变量的大小。在派生类对象中，包含着基类对象，而且基类对象的存储位置位于派生类对象新增的成员变量之前，相当于基类对象是头部。
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class CBase
{
    int a1;
    int a2;
};
class CDerived : public CBase
{
    int a3;    
};
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继承关系和复合关系01 类之间的两种关系继承的关系是「是」的关系：
基类 A，B 「是」基类 A 的派生类。
逻辑上要求：一个 B 对象也「是」一个 A 对象。
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继承的关系是「有」的关系：
C 类中「有」成员变量 i，i 成员变量是 D 类的，则 C 和 D 是复合关系。
逻辑上要求：D 对象是 C 对象的固有属性或组成部分。
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02 继承关系的使用假设已经存在了 Man 类表示男人，后面需要些一个 Women 类来表示女人。Man 类和 Women 类确实是有共同之处，那么就让 Women 类继承 Man 类，是否合适？
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我们先想想继承的逻辑要求，假设 Women 类继承 Man 类后的逻辑就是：一个女人也是一个男人。很明显，这显然不成立！
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所以，好的做法是概括男人和女人的共同特点，抽象出一个 Human 类表示人，然后 Man 和 Woman 都继承 Human 类。
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03 复合关系的使用假设要写一个小区养狗管理系统：
需要写一个「主人」类。
需要些一个「狗」类。
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假定狗只有一个主人，但是一个主人可以最多有 10 条狗，应该如何设计和使用「主人」类 和「狗」类呢？我们先看看下面几个例子：
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例子一：为主人类设一个狗类的成员对象数组；
为狗类设一个主人类的成员对象。
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class CDog;
class CMaster // 主人类
{
    CDog dogs[10]; // 狗类的成员对象数组
};
class CDog  // 狗类
{
    CMaster m;   // 主人类的成员对象
};
﻿
例子一可以发现是：
主人类会构造 10 个狗对象
狗类会构造 1 个主人对象
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相当于人中有狗，狗中有人：
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﻿
这样是不好的，因为会产生循环不断的构造，主人类构造狗对象，狗类又构造主人对象....
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﻿
例子二：为狗类设一个主人类的成员对象；
为主人类设一个狗类的对象指针数组。
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class CDog;
class CMaster // 主人类
{
    CDog * pDogs[10]; // 狗类的对象指针数组
};
class CDog  // 狗类
{
    CMaster m;   // 主人类的成员对象
};
﻿
这样又变成狗中有人，人去指向「狗中有人」的狗，关系就会显得很错乱，如下图：
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例子三：为狗类设一个主人类的对象指针；
为主人类设一个狗类的对象数组。
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class CDog;
class CMaster // 主人类
{
    CDog  dogs[10]; // 狗类的对象数组
};
class CDog  // 狗类
{
    CMaster * pm;   // 主人类的对象指针
};
﻿
这样就会变成，人中有狗，人里面的狗又会指向主人，虽然关系相对好了一点，但是同样还是会绕晕，效果如下图：
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﻿
例子四：为狗类设一个主人类的对象指针；
为主人类设一个狗类的对象指针数组。
﻿
class CDog;
class CMaster // 主人类
{
    CDog  * pDogs[10]; // 狗类的对象指针数组
};
class CDog  // 狗类
{
    CMaster * pm;   // 主人类的对象指针
};
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这个是正确的例子，因为相当于人和主人是独立的，然后通过指针的作用，使得狗是可以指向一个主人，主人也可以同时指向属于自己的 10 个狗，这样会更灵活。
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04 指针对象和对象的区别如果不用指针对象，生成 A 对象的同时也会构造 B 对象。用指针就不会这样，效率和内存都是有好处的。
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比如：
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class Car
{
    Engine engine; // 成员对象
    Wing * wing;   // 成员指针对象
};
﻿
定义一辆汽车，所有的汽车都有 engine，但不一定都有 wing 
这样对于没有 wing 的汽车，wing 只占一个指针，判断起来也很方便。
﻿
空间上讲，用指针可以节省空间，免于构造 B 对象，而是只在对象中开辟了一个指针，而不是开辟了一个对象 B 的大小。
效率上讲，使用指针适合复用。对象 B 不但 A 对象能访问，其他需要用它的对象也可以使用。
指针对象可以使用多态的特性，基类的指针可以指向派生链的任意一个派生类。
指针对象，需要用它的时候，才需要去实例化它，但是在不使用的时候，需要手动回收指针对象的资源。
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派生类覆盖基类成员01 覆盖派生类（子类）可以定义一个和基类（父类）成员同名的成员，这叫「覆盖」。在派生类（子类）中访问这类成员时，默认的情况是访问派生类中定义的成员。要在派生类中访问由基类定义的同名成员时，要使用作用域符号::。
﻿
下面看具体的例子：
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// 基类
class Father
{
public:
    int money;
    void func();
};
 
 // 派生类
class Son : public Father // 继承
{
public:
    int money;   // 与基类同名成员变量
    void func(); // 与基类同名成员函数
    
    void myFunc(); 
};
void Son::myFunc()
{
    money = 100;         // 引用的是派生类的money
    Father::money = 100; // 引用的是基类的money
    
    func();           // 引用的是派生类的
    Father::func();   // 引用的是基类的
}
相当于 Son 对象占用的存储空间：
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﻿
﻿
类的保护成员我们都知道基类的 public 成员，都是可以被派生类成员访问的，那么基类的 protected、private 成员，分别可以被派生类成员访问吗？带着这个问题，我们可以先看下面的栗子：
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class Father
{
public:
    int nPublic;   // 公有成员
protected:
    int nProtected; // 保护成员
private:
    int nPrivate;   // 私有成员
};
class Son : public Father
{
    void func()
    {
        nPublic = 1;     // OK
        nProtected = 1;  // error
        nPrivate =1;     // ok，访问从基类继承的protected成员
        
        Son a;
        a.nProtected = 1; // error,a不是当前对象
    }
    
};
int main()
{
    
    Father f;
    Son s;
    
    f.nPublic;  // OK
    s.nPublic;  // OK
    
    f.nProtected; // error
    s.nProtected; // error
    
    f.nPrivate;  // error
    s.nPrivate;  // error
}  
基类的 protected、private 成员对于派生类成员的权限说明:
基类的 protected 成员 | 基类的 private 成员
---|---
派生类的成员函数可以访问当前对象的基类的保护成员| 不能被派生类成员访问
﻿
﻿
派生类的构造函数通常在初始化派生类构造函数时，派生类构造函数是要实现初始化基类构造函数的。那么如何在派生类构造函数里初始化基类构造函数呢？
﻿
class Bug {
private :
    int nLegs; int nColor;
public:
    int nType;
    Bug (int legs, int color);
    void PrintBug (){ };
};
class FlyBug : public Bug  // FlyBug 是Bug 的派生类
{
    int nWings;
public:
    FlyBug( int legs,int color, int wings);
};
Bug::Bug( int legs, int color)
{
    nLegs = legs;
    nColor = color;
}
// 错误的FlyBug 构造函数
FlyBug::FlyBug ( int legs,int color, int wings)
{
    nLegs = legs;   //  不能访问
    nColor = color; //  不能访问
    nType = 1;      // ok
    nWings = wings;
}
// 正确的FlyBug 构造函数：
FlyBug::FlyBug ( int legs, int color, int wings):Bug( legs, color)
{
    nWings = wings;
}
int main() 
{
    FlyBug fb ( 2,3,4);
    fb.PrintBug();
    fb.nType = 1;
    fb.nLegs = 2 ; // error. nLegs is private
    return 0;
}
在上面代码例子中：
﻿
第24-30行的派生类构造函数初始化基类是错误的方式，因为基类的私有成员是无法被派生类访问的，也就无法初始化。
﻿
第33-36行代码是正确派生类构造函数初始化基类构造函数的方式，通过调用基类构造函数来初始化基类，在执行一个派生类的构造函数
之前，总是先执行基类的构造函数。
﻿
从上面的例子中我们也得知构造派生对象前，是先构造基类对象，那么在析构的时候依然依据“先构造，后初始化”的原则，所以派生类析构时，会先执行派生类析构函数，再执行基类析构函数。
﻿
如下栗子：
﻿
class Base 
{
public:
    int n;
    
    Base(int i) : n(i)
    {
        cout << "Base " << n << " constructed" << endl;
    }
    
    ~Base()
    { 
        cout << "Base " << n << " destructed" << endl; 
    }
};
class Derived : public Base 
{
public:
    Derived(int i) : Base(i)
    { 
        cout << "Derived constructed" << endl; 
    }
    
    ~Derived()
    { 
        cout << "Derived destructed" << endl;
    }
};
int main() 
{ 
    Derived Obj(3); 
return 0; 
}
输出结果：
Base 3 constructed
Derived constructed
Derived destructed
Base 3 destructed
﻿
继承的赋值兼容规则01 public 继承
// 基类
class Base {};
// 派生类
class Derived : public Base {};
Base b;    // 基类对象
Derived d; // 派生类对象
派生类的对象可以赋值给基类对象
﻿
b = d;
﻿
派生类对象可以初始化基类引用
﻿
Base & br = d;
﻿
派生类对象的地址可以赋值给基类指针
﻿
Base * pb = & d;
﻿
==注意：如果派生方式是 private 或 protected，则上述三条不可行==
﻿
02 protected 和 private 继承﻿
// 基类
class Base {};
// 派生类
class Derived : protected Base {};
Base b;    // 基类对象
Derived d; // 派生类对象
protected 继承时，基类的 public 成员和 protected 成员成为派生类的 protected 成员；
private 继承时，基类的 public 成员成为派生类的 private 成员，基类的 protected 成员成
为派生类的不可访问成员；
protected 和 private 继承不是「是」的关系。
﻿
所以派生方式是 private 或 protected，则是无法像 public 派生承方式一样把派生类对象赋值、引用、指针给基类对象。
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03 基类与派生类的指针强制转换public 派生方式的情况下，派生类对象的指针可以直接赋值给基类指针
﻿
Base *ptrBase = & objDerived;
﻿
ptrBase 指向的是一个 Derived 派生类（子类）的对象
*ptrBase 可以看作一个 Base 基类的对象，访问它的 public 成员直接通过 ptrBase 即可，但不能通过 ptrBase 访问 objDerived 对象中属于 Derived 派生类而不属于基类的成员。
﻿
通过强制指针类型转换，可以把 ptrBase 转换成 Derived 类的指针
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Base * ptrBase = &objDerived;
Derived *ptrDerived = ( Derived * ) ptrBase;
﻿
程序员要保证 ptrBase 指向的是一个 Derived 类的对象，否则很容易会出错。
﻿