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[导读]— 1 — 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)。 派生类: 派生类是通过对基类进行修改和



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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)。

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。




|| 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







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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。


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。




|| 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。






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派生类覆盖其他成员


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:







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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:


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:

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






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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 constructedDerived constructedDerived destructedBase 3 destructed





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继承和赋值的兼容规则

|| 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。




|| 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。




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C++ 赋值运算符'='的重载(浅拷贝、深拷贝)
C++ 自增、自减运算符的重载和性能分析



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