C++ 一篇搞懂继承的常见特性

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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。

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

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。

class CBase
{
    int a1;
    int a2;
};

class CDerived : public CBase
{
    int a3;    
};

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：

// 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：

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;  // 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