继承（一）

目录

• 1. 继承的概念和意义
  • 类之间的关系
  • 组合关系
  • 继承关系
• 2. 继承中的访问级别
• 3. 不同的继承方式
• 4. 继承中的构造与析构

1. 继承的概念和意义

类之间的关系

在C++中，类之间可以有直接的关联关系，包括组合关系和继承关系。

• 组合关系：整体与部分的关系
• 继承关系：父子关系

组合关系

组合关系描述的是类之间整体与部分的关系，具有以下特点

• 将其他类的对象作为当前类的成员变量使用
• 当前类的对象与成员对象的生命期相同
• 成员对象在用法上与普通对象完全一致，具有等同地位

/*描述class的组合关系*/

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class Memory
{
public:
    Memory()
    {
        cout << "Memory()" << endl;
    }
    ~Memory()
    {
        cout << "~Memory()" << endl;
    }
};

class Disk
{
public:
    Disk()
    {
        cout << "Disk()" << endl;
    }
    ~Disk()
    {
        cout << "~Disk()" << endl;
    }
};

class CPU
{
public:
    CPU()
    {
        cout << "CPU()" << endl;
    }
    ~CPU()
    {
        cout << "~CPU()" << endl;
    }
};

class MainBoard
{
public:
    MainBoard()
    {
        cout << "MainBoard()" << endl;
    }
    ~MainBoard()
    {
        cout << "~MainBoard()" << endl;
    }
};

class Computer
{
private:
    /*必须是其他类的对象，不能是指针，否则无法构成组合关系*/
    Memory mMem;
    Disk mDisk;
    CPU mCPU;
    MainBoard mMainBoard;
public:
    Computer()
    {
        cout << "Computer()" << endl;
    }
    void power()
    {
        cout << "power()" << endl;
    }
    void reset()
    {
        cout << "reset()" << endl;
    }
    ~Computer()
    {
        cout << "~Computer()" << endl;
    }
};

int main()
{
    Computer c;

    return 0;
}

继承关系

继承关系描述的是类之间的父子关系，父类为基类，子类为派生类。

• 子类拥有父类的所有属性和方法，还可以添加父类没有的属性和方法
• 子类是一种特殊的父类，子类对象可以当作父类对象使用，可以初始化父类对象，也可以给父类对象赋值
• 继承是C++中代码复用的重要手段，通过继承，可以获得父类的所有功能，还可以在子类中重写已有功能，或者添加新功能

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class HPBook : public Computer  //Computer是组合关系示例代码中实现的类
{
    string mOS;
public:
    HPBook()
    {
        mOS = "Windows 8";
    }
    void install(string os)
    {
        mOS = os;
    }
    void OS()
    {
        cout << mOS << endl;
    }
};

class MacBook : public Computer
{
public:
    void OS()
    {
        cout << "Mac OS" << endl;
    }
};

int main()
{
    HPBook hp;

    hp.power();
    hp.install("Ubuntu 16.04 LTS");
    hp.OS();

    cout << endl;

    MacBook mac;

    hp.power();
    mac.OS();

    cout << endl;

    return 0;
}

建议：作为类设计的一般原则，能用组合关系的，就不要用继承关系，前提是组合关系可以实现所需功能和较好的架构设计。

2. 继承中的访问级别

• 面向对象中的访问级别包括public、private和protected
• protected是专门为了继承而设计的
• protected成员变量不能被外界直接访问，但可以被子类直接访问
• 在设计类的时候，需要根据具体需求来规划不同的访问级别

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class Parent
{
protected:
    int mv;
public:
    Parent()
    {
        mv = 100;
    }

    int value()
    {
        return mv;
    }
};

class Child : public Parent
{
public:
    int addValue(int v)
    {
        mv = mv + v;
    }
};

int main()
{
    Parent p;
    Child c;

    // p.mv = 1000;   // error
    // c.mv = 10000;  // error

    c.addValue(50);
    cout << "c.mv = " << c.value() << endl;

    return 0;
}

上面的Demo简单地展示了protecded成员变量的特性和使用方式，下面再看一个复杂一些的综合示例，UML类图如下所示，
Polint和Line都继承自Object，同时Line还组合使用了Point。

#include <iostream>
#include <sstream>
#include <string>

using namespace std;

class Object
{
protected:
    string mName;
    string mInfo;
public:
    Object()
    {
        mName = "Object";
        mInfo = "NULL";
    }

    string name()
    {
        return mName;
    }

    string info()
    {
        return mInfo;
    }
};

class Point : public Object
{
private:
    int mX;
    int mY;
public:
    Point(int x = 0, int y = 0)
    {
        ostringstream s;

        mX = x;
        mY = y;
        mName = "Point";

        s << "P(" << mX << ", " << mY << ")";

        mInfo = s.str();
    }

    int x()
    {
        return mX;
    }

    int y()
    {
        return mY;
    }
};

class Line : public Object
{
private:
    Point mStart;
    Point mEnd;
public:
    Line(Point start, Point end)
    {
        ostringstream s;

        mStart = start;
        mEnd = end;
        mName = "Line";

        s << "Line from " << mStart.info() << " to " << mEnd.info();

        mInfo = s.str();
    }

    Point &begin()
    {
        return mStart;
    }

    Point &end()
    {
        return mEnd;
    }
};

int main()
{
    Object o;

    cout << o.name() << endl;
    cout << o.info() << endl;
    cout << endl;

    Point p(1, 2);

    cout << p.name() << endl;
    cout << p.info() << endl;
    cout << endl;

    Point start(3, 4);
    Point end(5, 6);
    Line l(start, end);

    cout << l.name() << endl;
    cout << l.info() << endl;

    return 0;
}

3. 不同的继承方式

类似于成员变量有三种访问级别，C++也支持三种不同的继承方式

• public继承：父类成员变量在子类中保持原有访问级别
• private继承：父类成员变量在子类中全部变为private
• protecded继承：父类public成员变量在子类中变为protected，其余成员变量访问级别保持不变

虽然C++支持三种不同的继承方式，但private和protected继承带来的复杂性远大于实用性，因此在工程中一般推荐使用public继承。
实际上，C++的派生语言（如Java、C#）都只支持public继承这一种方式，也变相说明了这一点。

4. 继承中的构造与析构

父类和子类都可以定义构造函数，其中子类构造函数必须对继承而来的成员变量进行初始化，初始化的方法有两种：

• 直接使用赋值的方式进行初始化，仅适用于父类public和protected成员
• 调用父类构造函数进行初始化，这里也有两种调用方式
  • 隐式调用：适用于父类无参构造函数和默认参数构造函数
  • 显式调用：通过初始化列表进行调用，适用于所有父类构造函数

继承中的构造与析构顺序，在“对象的构造与析构（二）”中已经讲过，不再赘述。

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class Parent
{
protected:
    string ps;
    int mv;
public:
    Parent()
    {
        cout << "Parent()" << endl;
        ps = "Default";
        mv = 0;
    }

    Parent(string s, int v)
    {
        cout << "Parent(string s, int v) : " << s << ", " << v << endl;
        ps = s;
        mv = v;
    }

    ~Parent()
    {
        cout << "~Parent() : " << ps << ", " << mv << endl;
    }
};

class Child : public Parent
{
private:
    string cs;
public:
    /*
     * 进入Child()前，隐式调用Parent()，初始化父类成员;
     * 进入Child()后，使用赋值方式，初始化父类成员.
    */
    Child()
    {
        cout << "Child()" << endl;
        ps = "Parent Default";
        mv = 100;
        cs = "Default";
    }

    /*
     * 进入Child()前，使用初始化列表，显式调用Parent(string s, int v)，初始化父类成员.
    */
    Child(string s) : Parent(s, 200)
    {
        cout << "Child(string s) : " << s << endl;
        cs = s;
    }

    ~Child()
    {
        cout << "~Child() : " << cs << endl;
    }
};

int main()
{
    Child c1;
    Child c2("child");

    cout << endl;

    return 0;
}