C++ 一篇搞懂继承的常见特性

• 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）。
  
  

• 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。

|| 02 需要继承的例子

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。

所有程序猿的共同属性（成员变量）：

1. 姓名
2. 性别
3. 职位

所有的程序猿都有的共同方法（成员函数）：

1. 是否要加班？
2. 是否有奖励？

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

|| 03 派生类的写法

继承的格式如下：

class 派生类名：public 基类名{
};

程序猿 Coder 基类：

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：

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

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。

class CBase{ int a1; int a2;};
class CDerived : public CBase{ int a3; };

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

|| 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。

• 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。

|| 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？

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！

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。

|| 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。

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。

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。

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

相当于人中有狗，狗中有人：

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....

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。

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： 

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。

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：

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};

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。

|| 04 指针对象和普通对象的区别

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。

比如：

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。

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：

// 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：

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：

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; // ok nPrivate =1; // error，不可访问从基类继承的private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:

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 constructedDerived constructedDerived destructedBase 3 destructed

|| 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。

|| 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

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。