【干货】C++基础知识：继承与派生详解

新的一周要开始了，小伙伴们要收收心继续学习啦！

大雄给大家整理了一份关于C++继承与派生知识区分和详解，大家快来查缺补漏一下吧！

继承和派生的概念

派生

通过特殊化已有的类来建立新类的过程，叫做“类的派生”，原有的类叫做”基类”，新建立的类叫做“派生类”。

继承

类的继承是指派生类继承基类的数据成员和成员函数。继承用来表示类属关系，不能将继承理解为构成关系。

继承派生的作用

增加新的成员（数据成员和成员函数）
重新定义已有的成员函数
改变基类成员的访问权限

单一继承

一般形式

代码格式：

 class 派生类名: 访问控制 基类名 { 
        private: 成员声明列表 
        protected: 成员声明列表 
        public: 成员声明列表
 }

“冒号”表示新类是哪个基类的派生类；“访问控制”指继承方式。

三个方式：public、protected、private

派生类的构造函数和析构函数

// 基类
class Point {
    int x;
    int y;
    
    public:
    Point(int a, int b) {
        x = a;
        y = b;
        cout << "init Point" << endl;
    }
    void showPoint() {
        cout << "x = " << x << ", y = " << y << endl;
    }
    ~Point() {
        cout << "delete Point" << endl;
    }
};

// 派生类
class Rect: public Point {
    int w;
    int h;
    
    public:
    // 调用基类的构造函数对基类成员进行初始化
    Rect(int a, int b, int c, int d):Point(a, b) {
        w = c;
        h = d;
        cout << "init Rect" << endl;
    }
    void showRect() {
        cout << "w = " << w << ", h = " << h << endl;
    }
    ~Rect() {
        cout << "delete Rect" << endl;
    }
};

int main() {
    Rect r(3, 4, 5, 6);
    r.showPoint();
    r.showRect();
    
    /** 输出结果
     init Point // 当定义一个派生类的对象时, 首先调用基类的构造函数, 完成对基类成员的初始化
     init Rect // 然后执行派生类的构造函数, 完成对派生类成员的初始化
     x = 3, y = 4 // 调用基类成员函数showPoint();
     w = 5, h = 6 // 调用派生类成员函数showRect();
     delete Rect // 构造函数的执行顺序和构造函数的执行顺序相反, 首先调用派生类的析构函数
     delete Point // 其次调用基类的析构函数
     */
}

类的保护成员

如果希望Rect中的showRect()函数可以一次显示x、y、w、h。我们直接修改showRect()函数是不行的。

void showRect() {
  cout << "x = " << x << ", y = " << y << ", w = " << w << ", h = " << h << endl;
}

报错 error: 'x' is a private member of‘Point' 'y' is a private member of‘Point'

x, y为Point类的私有成员，公有派生时，在Rect类中是不可访问的。

我们还需要将基类Point中的两个成员声明为protected的属性。

像这样：

// 基类
class Point {
    // 公有数据成员
    protected:
    int x;
    int y;
    
    public:
    Point(int a, int b) {
        x = a;
        y = b;
        cout << "init Point" << endl;
    }
    void showPoint() {
        cout << "x = " << x << ", y = " << y << endl;
    }
};

// 派生类
class Rect: public Point {
    int w;
    int h;
    
    public:
    // 调用基类的构造函数对基类成员进行初始化
    Rect(int a, int b, int c, int d):Point(a, b) {
        w = c;
        h = d;
        cout << "init Rect" << endl;
    }
    
    /** 公有派生, Point类中的受保护数据成员, 在Rect类中也是受保护的, 所以可以访问  // 而通过公有继承的基类私有的成员, 在派生类中是不可被访问的    void showRect() {
        cout << "x = " << x << ", y = " << y << ", w = " << w << ", h = " << h << endl;
    }*/
};

int main() {
    Rect r(3, 4, 5, 6);
    r.showPoint();
    r.showRect();
}

访问权限和赋值兼容规则

在根类中，对于成员的访问级别有三种：public、protected、private

在派生类中，对于成员的访问级别有四种：public(公有)、protected(受保护)、private(私有)、inaccessible(不可访问)

（1）公有派生和赋值兼容规则

公有派生：

基类成员的访问权限在派生类中基本保持不变。

基类的公有成员在派生类中仍然是公有的
基类的保护成员在派生类中仍然是受保护的
基类的不可访问的成员在派生类中仍然是不可访问的
基类的私有成员在派生类中变成了不可访问的

总结：在公有派生的情况下，通过派生类自己的成员函数可以访问继承过来的公有和保护成员, 但是不能访问继承来的私有成员，因为继承过程的私有成员，变成了第四个级别，不可访问的。

赋值兼容规则：

在公有派生的情况下，一个派生类的对象可以作为基类的对象来使用的情况。

像这样：

// 基类
class Point {
    // 这里声明成员属性为受保护的
    protected:
    int x;
    int y;
    
    public:
    Point(int a, int b) {
        x = a;
        y = b;
    }
    
    void show() {
        cout << "x = " << x << ", y = " << y << endl;
    }
};

// 派生类
class Rect: public Point {
    int w;
    int h;
    
    public:
    // 调用基类的构造函数对基类成员进行初始化
    Rect(int a, int b, int c, int d):Point(a, b) {
        w = c;
        h = d;
    }
    
    void show() {
        cout << "x = " << x << ", y = " << y << ", w = " << w << ", h = " << h << endl;
    }
};

int main() {
    Point a(1, 2);
    Rect b(3, 4, 5, 6);
    a.show();
    b.show();
    
    Point & pa = b; // 派生类对象初始化基类的引用
    pa.show(); // 实际调用基类的show()函数
    
    Point * p = &b; // 派生类对象的地址赋值给指向基类的指针
    p -> show(); // 实际也是调用基类的show()函数
    
    Rect * pb = &b; // 派生类指针
    pb -> show(); // 调用派生类的show()函数
    
    a = b; // 派生类对象的属性值, 更新基类对象的属性值
    a.show(); // 调用基类的show()函数
    /**
     x = 1, y = 2
     x = 3, y = 4, w = 5, h = 6
     x = 3, y = 4
     x = 3, y = 4
     x = 3, y = 4, w = 5, h = 6
     x = 3, y = 4
     */
}

（2）“isa”和”has-a“的区别

继承和派生 isa

比如一个Person类，派生出一个Student类，我们可以说Student就是Person，也就是 Student isa Person，而反过来则不行。

一个类用另一个类的对象作为自己的数据成员或者成员函数的参数 has-a。

像这样：

// 地址类
class Address {};
class PhoneNumber {};

// 职工类
class Worker {
    String name;
    Address address;
    PhoneNumber voiceNumber;
};

表示一个Worker对象有一个名字，一个地址，一个电话号码，has-a的关系，包含的关系。

（3）私有派生

通过私有派生，基类的私有和不可访问成员在派生类中是不可访问的，而公有和保护成员这里就成了派生类的私有成员。

// 基类
class Point {
    int x;
    int y;
    
    public:
    Point(int a, int b) {
        x = a;
        y = b;
    }

    void show() {
        cout << "x = " << x << ", y = " << y << endl;
    }
};

// 派生类
class Rect: private Point {
    int w;
    int h;
    
    public:
    Rect(int a, int b, int c, int d):Point(a, b) {
        w = c;
        h = d;
    }
    
    void show() {
        Point::show(); // 通过私有继承, Point类中的公有成员show(), 在Rect中为私有
        cout << "w = " << w << ", h = " << h << endl;
    }
};

class Test: public Rect {
    
    public:
    Test(int a, int b, int c, int d):Rect(a, b, c, d) {
        
    }
    void show() {
        Rect::show();
        //Point::show();
        /** error: 'Point' is a private member of ‘Point’
         标明: 不可访问基类Point中的成员
         Rect类私有继承自Point类, 所以Point中的私有成员x, 私有成员y, 在Rect类中为不可访问: Point类中公有成员show(), 在Rect中变私有
         Test类公有继承自Rect类, 所以在Rect中成员x, 成员y, 仍然是不可访问, Rect::show()还是public, 但是Point::show()不可访问 */
    }
};

因为私有派生不利于进一步派生, 因而实际中私有派生用得并不多。

（4）保护派生保护派生使原来的权限都降一级使用

即private变为不可访问，protected变为private，public变为protected。

限制了数据成员和成员函数的访问权限，因此在实际中保护派生用得也不多。

比如：我们在上个例子中，Rect类保护派生于Point，则在Test类中Point::show()；就可以使用啦！

多重继承

一个类从多个基类派生

代码格式：

class 派生类名: 访问控制 基类名1, 访问控制 基类名2, … {
    //定义派生类自己的成员
}

像这样：

// 基类A, 也叫根类
class A {
    int a;
    
    public:
    void setA(int x) {
        a = x;
    }
    
    void showA() {
        cout << "a = " << a << endl;
    }
};

// 基类B, 也叫根类
class B {
    int b;
    
    public:
    void setB(int x) {
        b = x;
    }
    
    void showB() {
        cout << "b = " << b << endl;
    }
};

// 多重继承, 公有继承自类A, 私有继承自类B
class C: public A, private B {
    int c;
    
    public:
    void setC(int x, int y) {
        c = x;
        setB(y);
    }
    
    void showC() {
        showB();
        cout << "c = " << c << endl;
    }
};

int main() {
    C c;
    c.setA(53); // 调用基类setA()函数
    c.showA(); // 调用基类showA()函数
    
    c.setC(55, 58); // 调用派生类C的setC()函数
    c.showC(); // 调用派生类C的showC()函数
    
    // 派生类C私有继承自基类B, 所以基类B中私有成员b, 在派生类C中不可访问, 基类B中公有成员setB(), showB()在派生类C中变私有. 在main()函数中不可访问
    // c.setB(60); // error: 'setB' is a private member of 'B'
    // c.showB(); // 'showB' is a private member of 'B'
    /**
     a = 53
     b = 58
     c = 55
     */
}

二义性及其支配规则

对基类成员的访问必须是无二义性的，如果一个表达式的含义可以解释为可以访问多个基类中的成员，则这种对基类成员的访问就是不确定的，称这种访问具有二义性。

作用域分辨符和成员名限定

代码格式：

类名::标识符

:: 为作用域分辨符，"类名"可以是任一基类或派生类名，“标识符”是该类中声明的任一成员名，

像这样：

// 基类A, 也叫根类
class A {
    public:
    void func() {
        cout << "A func" << endl;
    }
};

// 基类B, 也叫根类
class B {
    public:
    void func() {
        cout << "B func" << endl;
    }
    
    void gunc() {
        cout << "B gunc" << endl;
    }
};

// 多重继承
class C: public A, public B {
    public:
    void gunc() {
        cout << "C gunc" << endl;
    }
    
    void hunc() {
        /**
         这里就具有二义性, 它即可以访问A类中的func(), 也可以访问类B中的func()
         */
        //func(); // error: Member 'func' found in multiple base classes of different types
    }
    
    void hunc1() {
        A::func();
    }
    
    void hunc2() {
        B::func();
    }
};

int main() {
    C c;
    //c.func(); //具有二义性
    c.A::func();
    c.B::func();
    c.B::gunc();
    c.C::gunc();
    
    c.gunc();
    c.hunc1();
    c.hunc2();
    
    /** 输出结果
     A func
     B func
     B gunc
     C gunc
     
     C gunc // 如果基类中的名字在派生类中再次声明, 则基类中的名字就被隐藏. 如果我们想要访问被隐藏的基类中的成员则使用作用域分辨符B::gunc();
     A func
     B func
     */
}

派生类支配基类的同名函数

如果派生类定义了一个同基类成员函数同名的新成员函数(具有相同参数表的成员函数)，派生类的新成员函数就覆盖了基类的同名成员函数。

在这里，直接使用成员名只能访问派生类中的成员函数，使用作用域运算符，才能访问基类的同名成员函数。

派生类中的成员函数名支配基类中的同名的成员函数名，这称为名字支配规则。

如果一个名字支配另一个名字，则二者之间不存在二义性，当选择该名字时，使用支配者的名字。

例如上个例子中

c.gunc() // 输出”C gunc”, 基类B中的gunc成员函数被支配了
c.B::gunc(); // 加上作用域分辨符, 来使用被支配的成员

总结

C++中的多重继承可能更灵活, 并且支持三种派生方式。

我们在学习一门语言的时候, 更应该把精力放在它的特性上面, 不应该用什么语言, 都用自己所擅长语言的思考方式, 实现方式等, 要学会发挥该语言的优势所在。