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C++——继承(Inheritance)深入探讨

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当然,C++中的继承是面向对象编程(OOP)的核心概念之一,它允许一个类(称为派生类或子类)从另一个类(称为基类或父类)继承属性和行为(成员变量和成员函数)。继承支持代码的重用和扩展,使得代码更加模块化和易于维护。以下是关于C++继承的一些深入探讨:

基本概念

  1. 基类和派生类:基类是被继承的类,而派生类是继承的类。例如:

    1. class Base {
    2. // 基类内容
    3. };
    4. class Derived : public Base {
    5. // 派生类内容
    6. };
  2. 访问控制

    • public 继承:基类的 public 成员在派生类中依然是 publicprotected 成员变为 protected。这是最常见的继承方式。
    • protected 继承:基类的 publicprotected 成员在派生类中变为 protected
    • private 继承:基类的 publicprotected 成员在派生类中变为 private

多态与虚函数

  • 多态:通过基类指针和引用操纵派生类对象,多态是通过虚函数实现的。

    1. class Base {
    2. public:
    3. virtual void show() { std::cout << "Base show()" << std::endl; }
    4. };
    5. class Derived : public Base {
    6. public:
    7. void show() override { std::cout << "Derived show()" << std::endl; }
    8. };
    9. Base* b = new Derived();
    10. b->show(); // 输出 Derived show()
  • 虚函数表(Virtual Table):它是编译器用来实现动态绑定的一种机制。每个包含虚函数的类都有一个虚函数表,表中存储了指向虚函数的指针。

构造函数和析构函数

  • 构造函数的调用顺序:基类构造函数在派生类构造函数之前被调用。在派生类的构造函数中可以通过初始化列表调用基类的构造函数:

    1. class Base {
    2. public:
    3. Base() { std::cout << "Base constructor" << std::endl; }
    4. };
    5. class Derived : public Base {
    6. public:
    7. Derived() : Base() { std::cout << "Derived constructor" << std::endl; }
    8. };
  • 析构函数的调用顺序:析构函数的调用顺序与构造函数相反。派生类的析构函数会在基类析构函数之前被调用。因此,基类的析构函数通常应该是虚析构函数,以确保在通过基类指针删除对象时适当地调用派生类的析构函数:

    1. class Base {
    2. public:
    3. virtual ~Base() { std::cout << "Base destructor" << std::endl; }
    4. };
    5. class Derived : public Base {
    6. public:
    7. ~Derived() { std::cout << "Derived destructor" << std::endl; }
    8. };

菱形继承与虚继承

  • 菱形继承问题:当一个类多次继承自同一个基类时,会发生菱形继承的问题,这会导致对基类成员的二义性访问。C++使用虚继承来解决这一问题。

    1. class A { /* ... */ };
    2. class B : virtual public A { /* ... */ };
    3. class C : virtual public A { /* ... */ };
    4. class D : public B, public C { /* ... */ };

继承的实践建议

  1. 使用继承需小心:不是所有的类层级关系都适合用继承来表达。如果子类需要访问父类的大部分实现或接口,可以考虑使用继承。
  2. 倾向于组合而不是继承:尤其是在面对无法清晰界定“is-a”关系时,组合往往是更可取的选择(“has-a”关系)。
  3. 避免保护成员及保护继承:保护成员的使用可能会引入额外的复杂性,使得类的接口难以理解和管理。

通过理解这些核心概念和规则,你将不仅能够有效地在C++中使用继承,还能够设计出更健壮、可维护的对象结构。

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