C++ 中的继承是类与类之间的关系,继承(Inheritance)可以理解为一个类从另一个类获取成员变量和成员函数的过程。例如类B继承于类A,那么B就拥有A的成员变量和成员函数。派生(Derive)和继承是一个概念,只是站的角度不同。继承是儿子接收父亲的产业,派生是父亲把产业传承给儿子。被继承的类称为父类或基类,继承的类称为子类或派生类。“子类”和“父类”通常放在一起称呼,“基类”和“派生类”通常放在一起称呼。
0 继承的典型场景
以下是两种典型的使用继承的场景:
- 当你创建的新类与现有的类相似,只是多出若干成员变量或成员函数时,可以使用继承,这样不但会减少代码量,而且新类会拥有基类的所有功能。
- 当你需要创建多个类,它们拥有很多相似的成员变量或成员函数时,也可以使用继承。可以将这些类的共同成员提取出来,定义为基类,然后从基类继承,既可以节省代码,也方便后续修改成员。
如下,我们可以定义People类,并由People类派生出Student类。代码如下:
1 | // people.h |
执行结果如下:
1 | $ g++ -o main main.cpp student.cpp people.cpp && ./main |
本例中,People 是基类,Student 是派生类。Student 类继承了 People 类的成员,同时还新增了自己的成员变量 score 和成员函数 setscore()、getscore()。这些继承过来的成员,可以通过子类对象访问,就像自己的一样。
注意第41行,在student.h中,这就是声明派生类的语法。class 后面的“Student”是新声明的派生类,冒号后面的“People”是已经存在的基类。在“People”之前有一关键字 public,用来表示是公有继承。
1 三种继承方式
继承的方式总结如下:
1 | class 派生类名:[继承方式] 基类名{ |
继承方式限定了基类成员在派生类中的访问权限,包括 public(公有的)、private(私有的)和 protected(受保护的)。此项是可选项,如果不写,默认为 private(成员变量和成员函数默认也是 private)。
protected 成员和 private 成员类似,也不能通过对象访问。但是当存在继承关系时,protected 和 private 就不一样了:基类中的 protected 成员可以在派生类中使用,而基类中的 private 成员不能在派生类中使用。不同的继承方式会影响基类成员在派生类中的访问权限。
1)public继承方式
- 基类中所有 public 成员在派生类中为 public 属性;
- 基类中所有 protected 成员在派生类中为 protected 属性;
- 基类中所有 private 成员在派生类中不能使用。
2)protected继承方式
- 基类中的所有 public 成员在派生类中为 protected 属性;
- 基类中的所有 protected 成员在派生类中为 protected 属性;
- 基类中的所有 private 成员在派生类中不能使用。
3)private继承方式
- 基类中的所有 public 成员在派生类中均为 private 属性;
- 基类中的所有 protected 成员在派生类中均为 private 属性;
- 基类中的所有 private 成员在派生类中不能使用。
可以总结出:
- 基类成员在派生类中的访问权限不得高于继承方式中指定的权限。也就是说,继承方式中的 public、protected、private 是用来指明基类成员在派生类中的最高访问权限的。
- 不管继承方式如何,基类中的 private 成员在派生类中始终不能使用(不能在派生类的成员函数中访问或调用)。
- 如果希望基类的成员能够被派生类继承并且毫无障碍地使用,那么这些成员只能声明为 public 或 protected;只有那些不希望在派生类中使用的成员才声明为 private。
- 如果希望基类的成员既不向外暴露(不能通过对象访问),还能在派生类中使用,那么只能声明为 protected。
- 由于 private 和 protected 继承方式会改变基类成员在派生类中的访问权限,导致继承关系复杂,所以实际开发中我们一般使用 public。
2 继承时的名字遮蔽
如果派生类中的成员(包括成员变量和成员函数)和基类中的成员重名,那么就会遮蔽从基类继承过来的成员。所谓遮蔽,就是在派生类中使用该成员(包括在定义派生类时使用,也包括通过派生类对象访问该成员)时,实际上使用的是派生类新增的成员,而不是从基类继承来的。
基类成员和派生类成员的名字一样时会造成遮蔽,这句话对于成员变量很好理解,对于成员函数要引起注意,不管函数的参数如何,只要名字一样就会造成遮蔽。换句话说,基类成员函数和派生类成员函数不会构成重载,如果派生类有同名函数,那么就会遮蔽基类中的所有同名函数,不管它们的参数是否一样。
3 基类和派生类的构造函数/析构函数
3.1 构造函数
派生类可以继承基类的普通成员函数,但是不能继承基类的构造函数。在设计派生类时,对继承过来的成员变量的初始化工作也要由派生类的构造函数完成,但是大部分基类都有 private 属性的成员变量,它们在派生类中无法访问,更不能使用派生类的构造函数来初始化。解决这个问题的思路是:在派生类的构造函数中调用基类的构造函数。
如下,添加People、Student的构造函数,并修改main.cpp。
1 | // people.h |
执行结果如下:
1 | $ g++ -o main main.cpp student.cpp people.cpp && ./main |
如第23行所示,用初始化参数列表的方式初始化派生类的构造函数,这是因为基类构造函数不会被继承,不能当做普通的成员函数来调用。换句话说,只能将基类构造函数的调用放在函数头部,不能放在函数体中。
事实上,通过派生类创建对象时必须要调用基类的构造函数,这是语法规定。换句话说,定义派生类构造函数时最好指明基类构造函数;如果不指明,就调用基类的默认构造函数(不带参数的构造函数);如果没有默认构造函数,那么编译失败。
从上面的分析中可以看出,基类构造函数总是被优先调用,这说明创建派生类对象时,会先调用基类构造函数,再调用派生类构造函数,多级继承也是这样的顺序,最先调用的总是最高基类的构造函数。
3.2 析构函数
和构造函数类似,析构函数也不能被继承。与构造函数不同的是,在派生类的析构函数中不用显式地调用基类的析构函数,因为每个类只有一个析构函数,编译器知道如何选择,无需程序员干涉。
另外析构函数的执行顺序和构造函数的执行顺序也刚好相反:
- 创建派生类对象时,构造函数的执行顺序和继承顺序相同,即先执行基类构造函数,再执行派生类构造函数。
- 而销毁派生类对象时,析构函数的执行顺序和继承顺序相反,即先执行派生类析构函数,再执行基类析构函数。