【C++】继承

私有成员不可见的意义是:不想被子类继承的成员可以设计为私有
保护成员的意义:基类中想给派生类复用，但是又不想暴露给外界直接访问的成员
可以定义为保护
class Person
{
public:
	void Print()
	{
		cout << "name: " << _name << endl;
		cout << "age:" << _age << endl;
	}

//private:
protected:
	string _name;
	int _age;
};
class Student : public Person
{
public:
	void Set(const char* name,int age)
	{
		_name = name;
		_age = age;
	}
protected:
	int _stuid;//学号
};
class Teacher : public Person
{
protected:
	int _jobid;//工号
};
void test01()
{
    Student s;
	s.Set("zhangsan",20);
	s.Print();

	//Teacher t;
	//t._name = "李四";//类外无法访问
	//t._age = 50;
	//t.Print();
}
int main()
{
	test01();
	return 0;
}

二、基类和派生类对象的赋值转换

2.1、派生类对象可以赋值给基类的对象 / 基类的指针 / 基类的引用。这里有个形象的说法叫切片或者切割。寓意把派生类中父类那部分切来赋值过去。

2.2、基类对象不能赋值给派生类对象。

2.3、基类的指针或者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是指向派生类对象时才是安全的。

class Person
{
protected :
 string _name; // 姓名
    string _sex;  // 性别
    int _age; // 年龄
};
class Student : public Person
{
public :
 int _No ; // 学号
};
void Test ()
{
 Student sobj ;
 // 1.子类对象可以赋值给父类对象/指针/引用
 Person pobj = sobj ;
 Person* pp = &sobj;
 Person& rp = sobj;
    
 //2.基类对象不能赋值给派生类对象
    sobj = pobj;
    
    // 3.基类的指针可以通过强制类型转换赋值给派生类的指针
    pp = &sobj
    Student* ps1 = (Student*)pp; // 这种情况转换时可以的。
    ps1->_No = 10;
    
    pp = &pobj;
 Student* ps2 = (Student*)pp; // 这种情况转换时虽然可以，但是会存在越界访问的问
题
    ps2->_No = 10;
}

三、继承中的作用域

1、在继承体系中基类和派生类都有独立的作用域

2. 子类和父类中有同名成员，子类成员将屏蔽父类对同名成员的直接访问，这种情况叫隐藏，也叫重定义。（在子类成员函数中，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，只需要函数名相同就构成隐藏。

4. 注意在实际中在继承体系里面最好不要定义同名的成员。

//Student的_id和Person的_id构成隐藏关系
//同一个作用域不能定义两个相同变量
//但是不同作用域Person，Student可以定义相同变量
class Person
{
protected:
	string _name = "小李子";//姓名
	int _id = 111;//id
};
class Student : public Person
{
public:
	void Print()
	{
		cout << "姓名: " << _name << endl;
		cout << "id: " << _id << endl;
		cout << "Person::id: " << Person::_id << endl;
	}
protected:
	int _id = 222;
};
void Test03()
{
	Student s1;
	s1.Print();
}

5、面试题

//问题1、两个fun构成函数重载 
//问题2、两个fun构成隐藏
//问题1、B中的fun和A中fun不构成重载，因为不是在同一个作用域
//问题2、B中的fun和A中的fun构成隐藏，成员函数满足函数名相同就构成隐藏
class A
{
public:
	void fun()
	{
		cout << "func()" <<endl;
	}
};
class B : public A
{
public:
	void fun(int i)
	{
		A::fun();
		cout << "func(int i)->" << i <<endl;
	}
};

void Test02()
{
	B b;
	b.fun(10);

	//b.fun();//error
	b.A::fun();
}

四、派生类的默认成员函数

问题:子类编译默认生成的构造函数会做什么？

4.1、构造函数

子类自己的成员，与普通对象一样，内置类型不做处理，对于自定义类型会去调用自定义类型的构造函数

继承父类的成员，必须调用父类的构造函数处理

4.2、析构函数

子类自己的成员，与普通对象一样，内置类型不做处理，对于自定义类型会去调用自定义类型的析构函数

继承父类的成员，必须调用父类的析构函数处理

4.3、拷贝构造

子类自己的成员，与普通对象一样，内置类型不做处理，对于自定义类型会去调用自定义类型的拷贝构造函数

继承父类的成员，必须调用父类的拷贝构造函数处理

4.4、赋值运算符重载

子类自己的成员，与普通对象一样，内置类型不做处理，对于自定义类型会去调用自定义类型的赋值运算符重载

继承父类的成员，必须调用父类的赋值运算符重载处理

//派生类的默认成员函数
//6个默认成员函数，“默认”的意思就是指我们不写，编译器会变我们自动生成一个
//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。
//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拷贝初始化。
//3. 派生类的operator = 必须要调用基类的operator = 完成基类的复制。
//4. 派生类的析构函数会在被调用完成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。
//5. 派生类对象初始化先调用基类构造再调派生类构造。
//6. 派生类对象析构清理先调用派生类析构再调基类的析构。
//7. 因为后续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
//	那么编译器会对析构函数名进行特殊处理，处理成destrutor()，所以父类析构函数不加
//	virtual的情况下，子类析构函数和父类析构函数构成隐藏关系
class Person
{
public:
	Person(const char* name = "peter")
		: _name(name)
	{
		cout << "Person()" << endl;
	}

	Person(const Person& p)
		: _name(p._name)
	{
			cout << "Person(const Person& p)" << endl;
	}

	Person& operator=(const Person& p)
	{
		cout << "Person operator=(const Person& p)" << endl;
		if (this != &p)
			_name = p._name;

		return *this;
	}

	~Person()
	{
		cout << "~Person()" << endl;
	}
protected:
	string _name; // 姓名
};
class Student : public Person
{
public:
	Student(const char* name, int num)
		: Person(name)
		, _num(num)
	{
		cout << "Student()" << endl;
	}

	Student(const Student& s)
		: Person(s)
		, _num(s._num)
	{
		cout << "Student(const Student& s)" << endl;
	}

	Student& operator = (const Student& s)
	{
		cout << "Student& operator= (const Student& s)" << endl;
		if (this != &s)
		{
			Person::operator =(s);
			_num = s._num;
		}
		return *this;
	}

	~Student()
	{
		cout << "~Student()" << endl;
	}
protected:
	int _num; //学号
};
void Test08()
{
	Student s1("jack", 18);

		Student s2(s1);

	Student s3("rose", 17);
	s1 = s3;
}
//运行结果
//Person()
//Student()
//Person(const Person& p)
//Student(const Student& s)
//Person()
//Student()
//Student& operator= (const Student& s)
//Person operator=(const Person& p)
//~Student()
//~Person()
//~Student()
//~Person()
//~Student()
//~Person()

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子类私有和保护成员，如果要访问子类的私有保护成员，应该在子类中加入友元函数

class Student;
class Person
{
public:
	friend void Display(const Person& p, const Student& s);
protected:
	string _name; // 姓名
};
class Student : public Person
{
    //如果要访问子类的成员要加友元函数
	friend void Display(const Person& p, const Student& s);

protected:
	int _stuNum; // 学号
};
void Display(const Person& p, const Student& s)
{
	cout << p._name << endl;
	cout << s._stuNum << endl;
}
void Test09()
{
	Person p;
	Student s;
	Display(p, s);
}

六、继承与静态成员

继承体系中只有一个静态成员存储在静态区无论派生出多少子类，都只有一个static成员实例

class Person
{
public:
	Person()
	{
		count++;
	}
	static int count;
public:
	string _name;//姓名
};
int Person::count = 0;
class Student : public Person
{
protected:
	int _StuNum=0;//学号
};
void Test04()
{
	Person p;
	Student s;

//Person中的_name和student中的_name不是同一个
//父类对象有自己的成员
//子类对象也有自己的成员
//继承下来的和自己的每个对象都有自己独立的一份
	p._name = "张三";
	cout << s._name << endl;

	cout << Student::count << endl;//访问Student作用域下的count
	++Person::count;//将Person的count++ Student中的count也会++
	cout << Student::count << endl;//访问Student作用域下的count

	//两者的地址是一样的
	cout << &Person::count << endl;
	cout << &Student::count << endl;
}
//运行结果
//
//2
//3
//00007FF6FFB93440
//00007FF6FFB93440

七、菱形继承和菱形虚拟继承

7.1、概念

两个派生类继承同一个基类，又有某个类同时继承着这两个派生类

7.2、菱形继承带来的问题

菱形继承会有数据冗余和二义性的问题

class Person
{
public:
	string _name; // 姓名
};
class Student : public Person
{
protected:
	int _num; //学号
};
class Teacher : public Person

{
protected:
	int _id; // 职工编号
};
class Assistant : public Student, public Teacher
{
protected:
	string _majorCourse; // 主修课程
};

void Test07()
{
	// 这样会有二义性无法明确知道访问的是哪一个
	Assistant a;
	//a._name = "peter";//error
	//需要显示指定访问哪个父类的成员可以解决二义性问题，
	//但是数据冗余问题无法解决

	//指定域名去访问只能解决二义性的问题
	//数据冗余无法解决
	a.Student::_name = "xxx";
	a.Teacher::_name = "yyy";
}

7.3、虚拟继承解决菱形继承的问题

可以通过虚拟继承来解决菱形继承的二义性和数据冗余问题，在Student和Teacher继承Person时使用virtual关键字来虚拟继承。

class Person
{
public:
	string _name; // 姓名
};
class Student : virtual public Person
{
protected:
	int _num; //学号
};
class Teacher : virtual public Person

{
protected:
	int _id; // 职工编号
};
class Assistant : public Student, public Teacher
{
protected:
	string _majorCourse; // 主修课程
};

void Test07()
{
	Assistant a;
	a._name = "peter";
	a.Student::_name = "xxx";
	a.Teacher::_name = "yyy";
	//三个_name都是同一份
}

7.4、虚拟继承解决数据冗余和二义性的原理

从上面代码查看菱形继承的内存对象模型，看出菱形继承带来的问题。

下图是菱形虚拟继承的内存对象成员模型：这里可以分析出 D 对象中将 A 放到的了对象组成的最下

面，这个 A 同时属于 B 和 C ，那么 B 和 C 如何去找到公共的 A 呢？

这里是通过了B和C的两个指针，指向的一张表。这两个指针叫虚基表指针，这两个表叫虚基表。虚基表中存的偏移量。通过偏移量可以找到下面的A。

7.5、继承相关题目

7.5.1、判断p1,p2,p3的关系

class Base1 
{
public: 
	int b1;
};
class Base2
{
public:
	int b2;
};
class Derive : public Base1, public Base2
{
public:
	int _d;
};
void Test06()
{
	Derive d;
	Base1* p1 = &d;
	Base2* p2 = &d;
	Derive* p3 = &d;

	cout <<"p1->"<<p1 << endl;
	cout <<"p2->"<<p2 << endl;
	cout <<"p3->"<<p3 << endl;

	//p1->000000B0EF0FF9F8
	//	p2->000000B0EF0FF9FC
	//	p3->000000B0EF0FF9F8
}

7.5.2、如和构造一个不能继承的类

//如何构造一个不能继承的类
//C++98
//1、父类构造函数初始化--子类不可见
//2、子类对象实例化，无法调用构造函数
//但是此方法不直观 要实例化继承对象才会报错

//C++11
//增加了final关键字 不实例化对象也会报错
//不能将“final”类类型用作基类	
class A final
{
private:
	A(){}//构造函数私有化
protected: int _a;
};
class B : public A
{

};
void Test05()
{
	//无法引用 "B" 的默认构造函数 -- 它是已删除的函数	
	//B b;
}

八、继承和组合

1、public继承是一种is-a的关系。也就是说每个派生类对象都是一个基类对象。

2、组合是一种has-a的关系。假设B组合了A，每个B对象中都有一个A对象。

3、优先使用对象组合，而不是类继承。

4、继承允许你根据基类的实现来定义派生类的实现。这种通过生成派生类的复用通常被称为白箱复用(white-box reuse) 。术语 “ 白箱 ” 是相对可视性而言：在继承方式中，基类的内部细节对子类可见。继承一定程度破坏了基类的封装，基类的改变，对派生类有很大的影响。派生类和基类间的依赖关系很强，耦合度高。

5、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来获得。对象组合要求被组合的对象具有良好定义的接口。这种复用风格被称为黑箱复用(black-box reuse) ，因为对象的内部细节是不可见的。对象只以 “ 黑箱 ” 的形式出现。

6、组合类之间没有很强的依赖关系，耦合度低。优先使用对象组合有助于你保持每个类被封装。

7、实际尽量多去用组合。组合的耦合度低，代码维护性好。不过继承也有用武之地的有些关系就适合继承那就用继承，另外要实现多态，也必须要继承。类之间的关系可以用继承，可以用组合，就用组合。