C++学习之继承

继承是C++中面向对象编程的一个重要特性，它允许一个类（派生类）从另一个类（基类）继承属性和行为（即成员变量和成员函数）。通过继承，开发者可以重用已有代码，扩展类的功能，并实现多态性。本文将详细介绍C++中的继承，包括其基本概念、类型、实现方法和常见问题。

1. 继承的基本概念

在C++中，继承用于创建一个新类，使其拥有一个或多个已有类的属性和方法。基类提供了基本的接口和实现，而派生类则可以扩展或修改这些接口和实现。

示例

class Base {
public:
    void display() {
        std::cout << "Display Base class" << std::endl;
    }
};

class Derived : public Base {
public:
    void show() {
        std::cout << "Show Derived class" << std::endl;
    }
};

在上述例子中，Derived类继承了 Base类，并增加了一个新的方法 show。

2. 继承的类型

C++支持三种类型的继承：公有继承、保护继承和私有继承。这三种继承方式决定了基类成员在派生类中的访问权限。

公有继承（public inheritance）

在公有继承中，基类的公有成员在派生类中保持公有，保护成员在派生类中保持保护，私有成员在派生类中不可访问。

class Base {
public:
    int publicVar;
protected:
    int protectedVar;
private:
    int privateVar;
};

class Derived : public Base {
    // publicVar 是 public
    // protectedVar 是 protected
    // privateVar 是不可访问的
};

保护继承（protected inheritance）

在保护继承中，基类的公有和保护成员在派生类中都变成保护成员。

class Derived : protected Base {
    // publicVar 是 protected
    // protectedVar 是 protected
    // privateVar 是不可访问的
};

私有继承（private inheritance）

在私有继承中，基类的公有和保护成员在派生类中都变成私有成员。

class Derived : private Base {
    // publicVar 是 private
    // protectedVar 是 private
    // privateVar 是不可访问的
};

3. 重写和重载

重写（Overriding）

重写是指在派生类中重新定义基类中的虚函数。通过重写，派生类可以提供特定的实现。重写必须使用 virtual关键字。

class Base {
public:
    virtual void display() {
        std::cout << "Display Base class" << std::endl;
    }
};

class Derived : public Base {
public:
    void display() override {
        std::cout << "Display Derived class" << std::endl;
    }
};

重载（Overloading）

重载是指在同一个作用域中定义多个函数，它们具有相同的名称但参数列表不同。重载不涉及继承，是在同一个类中实现的。

class Example {
public:
    void display() {
        std::cout << "Display no parameters" << std::endl;
    }

    void display(int i) {
        std::cout << "Display with int parameter: " << i << std::endl;
    }
};

4. 多重继承

C++允许一个派生类继承多个基类，这种方式称为多重继承。多重继承可以引入更复杂的关系，但也可能带来潜在的歧义和复杂性。

class Base1 {
public:
    void display() {
        std::cout << "Display Base1 class" << std::endl;
    }
};

class Base2 {
public:
    void show() {
        std::cout << "Show Base2 class" << std::endl;
    }
};

class Derived : public Base1, public Base2 {
    // Derived类同时继承Base1和Base2
};

菱形继承问题

菱形继承是多重继承中一个常见的问题，当一个类同时继承两个基类，而这两个基类又继承自同一个基类时，会出现菱形结构。

class Base {
public:
    int var;
};

class Derived1 : public Base {};
class Derived2 : public Base {};

class Derived3 : public Derived1, public Derived2 {
    // 继承链形成菱形结构
};

解决方法是使用虚继承（virtual inheritance），使得基类的实例在派生类中只保留一份。

class Base {
public:
    int var;
};

class Derived1 : virtual public Base {};
class Derived2 : virtual public Base {};

class Derived3 : public Derived1, public Derived2 {
    // 使用虚继承避免菱形继承问题
};

5. 抽象类和纯虚函数

抽象类是包含纯虚函数的类，不能实例化。纯虚函数是没有实现的函数，定义方式是在函数声明后加 = 0。

class AbstractBase {
public:
    virtual void display() = 0; // 纯虚函数
};

class ConcreteDerived : public AbstractBase {
public:
    void display() override {
        std::cout << "Concrete implementation" << std::endl;
    }
};

分析说明表

思维导图

C++继承
|
|-- 基本概念
|   |-- 基类和派生类
|
|-- 继承类型
|   |-- 公有继承
|   |-- 保护继承
|   |-- 私有继承
|
|-- 重写和重载
|   |-- 重写
|   |-- 重载
|
|-- 多重继承
|   |-- 多重继承概念
|   |-- 菱形继承问题
|       |-- 虚继承解决
|
|-- 抽象类和纯虚函数
|   |-- 抽象类
|   |-- 纯虚函数

结论

通过继承，C++可以实现代码重用、扩展类的功能并支持多态性。理解继承的类型、重写与重载、多重继承及其相关问题，对于掌握C++面向对象编程至关重要。希望本文能为您的C++学习和开发提供实用的指导。