第8章-繼承和派生

第8章繼承和派生

在C++中可重用性是通過(guò)繼承(inheritance)這一機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。繼承是C++的一個(gè)重要組成部分。8.1繼承和派生的概念

在C++中，所謂“繼承”就是在一個(gè)已存在的類(lèi)的基礎(chǔ)上建立一個(gè)新的類(lèi)。一個(gè)新類(lèi)從已有的類(lèi)那里獲得其已有特性，這種現(xiàn)象稱(chēng)為類(lèi)的繼承。通過(guò)繼承，一個(gè)新建子類(lèi)從已有的父類(lèi)那里獲得父類(lèi)的特性。從另一角度說(shuō)，從已有的類(lèi)(父類(lèi))產(chǎn)生一個(gè)新的子類(lèi)，稱(chēng)為類(lèi)的派生。類(lèi)的繼承是用已有的類(lèi)來(lái)建立專(zhuān)用類(lèi)的編程技術(shù)。8.1.1基類(lèi)與派生類(lèi)

1.繼承與派生交通工具飛機(jī)滑翔機(jī)直升飛機(jī)噴氣式飛機(jī)交通工具飛機(jī)滑翔機(jī)直升飛機(jī)噴氣式飛機(jī)已存在的類(lèi)(例如“交通工具”)稱(chēng)為“基類(lèi)”或“父類(lèi)”。新建立的類(lèi)(例如“飛機(jī)”)稱(chēng)為“派生類(lèi)”或“子類(lèi)”。一個(gè)基類(lèi)可以派生出多個(gè)派生類(lèi)，每一個(gè)派生類(lèi)又可以作為基類(lèi)再派生出新的派生類(lèi)，因此基類(lèi)和派生類(lèi)是相對(duì)而言的。2.基類(lèi)與派生類(lèi)請(qǐng)注意圖中箭頭的方向，在本書(shū)中約定，箭頭表示繼承的方向，從派生類(lèi)指向基類(lèi)。8.1.2繼承與派生的作用1.避免公用代碼的重復(fù)開(kāi)發(fā)，在減少代碼和數(shù)據(jù)冗余的同時(shí)，節(jié)省程序開(kāi)發(fā)的時(shí)間，提高程序開(kāi)發(fā)的效率和質(zhì)量。2.通過(guò)增強(qiáng)代碼一致性來(lái)減少模塊間的接口和界面。3.通過(guò)層次關(guān)系來(lái)組織對(duì)象，使得高層類(lèi)作為低層類(lèi)的抽象，有利于程序員掌握對(duì)象的共性，在此基礎(chǔ)上，就能更快地掌握低層類(lèi)中的個(gè)性特征，給編程與代碼重用帶來(lái)方便。8.1.3派生類(lèi)的聲明聲明一個(gè)派生類(lèi)的一般格式為：class派生類(lèi)名:派生存取說(shuō)明符（可?。┗?lèi)名{ //派生類(lèi)新增的數(shù)據(jù)成員和成員函數(shù)};

派生類(lèi)名”是要從基類(lèi)派生出的新類(lèi)的名字，“基類(lèi)名”是一個(gè)已經(jīng)定義好的基類(lèi)的名字，“派生存取說(shuō)明符”可以是關(guān)鍵字public或protected或private，派生存取說(shuō)明符的作用會(huì)在后面詳細(xì)介紹，“派生存取說(shuō)明符”可以省略，默認(rèn)為private，即私有派生。//定義一個(gè)基類(lèi)（Student類(lèi)）classStudent{ public: charname[10];//姓名 intage; //年齡 charsex; //性別 charclassname[20]; //班級(jí)名稱(chēng)};//定義一個(gè)派生類(lèi)（GraduateStudent類(lèi)）classGraduateStudent:publicStudent{ public: charAdvisorname[10];//導(dǎo)師 intqualifiergrade; //資格考試分};8.2派生類(lèi)成員的訪問(wèn)控制

8.2.1派生類(lèi)成員訪問(wèn)控制簡(jiǎn)介從一個(gè)基類(lèi)派生出一個(gè)子類(lèi)時(shí)，可以通過(guò)指定派生時(shí)的存取說(shuō)明符來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)派生類(lèi)成員的訪問(wèn)控制。既然派生類(lèi)中包含基類(lèi)成員和派生類(lèi)自己增加的成員，就產(chǎn)生了這兩部分成員的關(guān)系和訪問(wèn)屬性的問(wèn)題。在建立派生類(lèi)的時(shí)候，并不是簡(jiǎn)單地把基類(lèi)的私有成員直接作為派生類(lèi)的私有成員，把基類(lèi)的公用成員直接作為派生類(lèi)的公用成員。實(shí)際上，對(duì)基類(lèi)成員和派生類(lèi)自己增加的成員是按不同的原則處理的。8.2.2private、protected與public類(lèi)成員

1.private類(lèi)成員一個(gè)類(lèi)中的私有（private）成員（包括數(shù)據(jù)成員和成員函數(shù)）只能被它們所在類(lèi)的成員函數(shù)和友元函數(shù)訪問(wèn)，在C++中類(lèi)成員存取說(shuō)明符缺省的情況下的存取特征都是私有的（private）。【例8.1】類(lèi)私有成員的定義和訪問(wèn)#include<iostream.h>classPerson { //Person類(lèi)的三個(gè)私有成員 charname[10];//姓名 private: intage; //年齡 charsex; //性別}; main() { PersonP1; P1.age=20; //非法 cout<<P1.name<<endl; //非法 return0; }2.public類(lèi)成員

一個(gè)類(lèi)中的公有(public)成員（包括數(shù)據(jù)成員和成員函數(shù)）可以被程序中任何代碼（包括函數(shù)）訪問(wèn)，一般情況下，應(yīng)盡量將類(lèi)的數(shù)據(jù)成員聲明為私有（private），然后為需要被類(lèi)外部訪問(wèn)的數(shù)據(jù)成員提供公有的成員函數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)私有成員的設(shè)置和訪問(wèn)，這種結(jié)構(gòu)能夠向類(lèi)的客戶很好的隱藏實(shí)現(xiàn)方法，在有效減少錯(cuò)誤的同時(shí)，可以增強(qiáng)程序的可修改性。3.protected類(lèi)成員使用protected聲明的稱(chēng)為保護(hù)成員。任何一個(gè)類(lèi)的保護(hù)成員僅可以被其自己和派生類(lèi)的所有非靜態(tài)成員函數(shù)和友元函數(shù)直接訪問(wèn)，也就是說(shuō)其他的外部函數(shù)是不能訪問(wèn)它的。因此，對(duì)于那些既要對(duì)外界隱藏，又要能被派生類(lèi)訪問(wèn)的成員，可以將它們聲明為保護(hù)成員。

如果基類(lèi)聲明了私有成員，那么任何派生類(lèi)都是不能訪問(wèn)它們的，若希望在派生類(lèi)中能訪問(wèn)它們，應(yīng)當(dāng)把它們聲明為保護(hù)成員。如果在一個(gè)類(lèi)中聲明了保護(hù)成員，就意味著該類(lèi)可能要用作基類(lèi)，在它的派生類(lèi)中會(huì)訪問(wèn)這些成員。8.2.3三種派生方式的定義

1.私有（private）派生

在聲明一個(gè)派生類(lèi)時(shí)將派生方式指定為private的，稱(chēng)為私有派生，用私有派生方式建立的派生類(lèi)稱(chēng)為私有派生類(lèi)，其基類(lèi)稱(chēng)為私有基類(lèi)。由私有派生得到的派生類(lèi)，它從基類(lèi)繼承的成員都將變?yōu)樗接谐蓡T，也就是說(shuō)通過(guò)私有派生，派生類(lèi)從基類(lèi)繼承來(lái)的公有成員和保護(hù)成員都將變成派生類(lèi)的私有成員，這些成員將只能被派生類(lèi)的成員函數(shù)和友元函數(shù)訪問(wèn)。需要重點(diǎn)說(shuō)明的是，基類(lèi)的私有成員經(jīng)過(guò)私有派生后繼續(xù)保持其基類(lèi)的私有成員身份，無(wú)法被派生類(lèi)訪問(wèn)。

2.保護(hù)（protected）派生由保護(hù)派生得到的派生類(lèi)，它從基類(lèi)繼承的公有和保護(hù)成員都將變?yōu)榕缮?lèi)的保護(hù)成員?；?lèi)的私有成員經(jīng)過(guò)保護(hù)派生后繼續(xù)保持其基類(lèi)的私有成員身份，依然無(wú)法被派生類(lèi)訪問(wèn)。保護(hù)派生的特點(diǎn)是:基類(lèi)的公用成員和保護(hù)成員在派生類(lèi)中都成了保護(hù)成員，其私有成員仍為基類(lèi)私有。也就是把基類(lèi)原有的公用成員也保護(hù)起來(lái)，不讓類(lèi)外任意訪問(wèn)。3.公有（public）派生由公有派生得到的派生類(lèi)，它從基類(lèi)繼承的成員都將維持原有訪問(wèn)控制特征，即通過(guò)公有派生后，派生類(lèi)從基類(lèi)繼承的公有成員在派生類(lèi)中仍然是公有成員，保護(hù)成員仍然是保護(hù)成員，而基類(lèi)的私有成員經(jīng)過(guò)公有派生后繼續(xù)保持其基類(lèi)的私有成員身份，依然無(wú)法被派生類(lèi)訪問(wèn)。8.2.4派生類(lèi)成員訪問(wèn)控制規(guī)則

1.派生類(lèi)中新增成員的訪問(wèn)控制遵循類(lèi)成員訪問(wèn)控制的規(guī)則。存取說(shuō)明符訪問(wèn)控制規(guī)則Private此派生類(lèi)的非靜態(tài)成員函數(shù)和友元函數(shù)可以直接訪問(wèn)Protected此派生類(lèi)和其子類(lèi)非靜態(tài)成員函數(shù)和友元函數(shù)可以訪問(wèn)Public任何非靜態(tài)成員函數(shù)，友元函數(shù)和非成員函數(shù)都可以直接訪問(wèn)2.類(lèi)成員在派生類(lèi)中的訪問(wèn)控制規(guī)則基類(lèi)成員的存取說(shuō)明符派生方式public派生protected派生private派生Private在派生類(lèi)中被隱藏在派生類(lèi)中被隱藏在派生類(lèi)中被隱藏Protected派生類(lèi)中為protected派生類(lèi)中為protected派生類(lèi)中為privatePublic派生類(lèi)中為public派生類(lèi)中為protected派生類(lèi)中為private注意：不管是何種派生，基類(lèi)的private成員永遠(yuǎn)都不能被其派生類(lèi)直接訪問(wèn)，但可以通過(guò)基類(lèi)的public和protected成員函數(shù)訪問(wèn)。

8.3派生類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)8.3.1派生類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)的聲明類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)是類(lèi)的一種特殊的成員函數(shù)，它的作用主要是為對(duì)象分配內(nèi)存、進(jìn)行初始化；而析構(gòu)函數(shù)它的作用與構(gòu)造函數(shù)相反。派生類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)聲明格式如下：派生類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)名稱(chēng)（參數(shù)表）:基類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)名（參數(shù)表）{ //… //派生類(lèi)構(gòu)造函數(shù)體}classPoint{intx,y; public: Point(inta,intb) //基類(lèi)的構(gòu)造函數(shù) { x=a; y=b; cout<<”ConstructingPointclass\n”; } ~Point() //基類(lèi)的析構(gòu)函數(shù) { cout<<”DestructingPointclass\n”;}};classCircle:publicPoint{ doubleradius; public: Circle(doubler,inta,intb):Point(a,b)//派生類(lèi)的構(gòu)造函數(shù) { radius=r; cout<<”ConstructingCircleclass\n”; } ~Circle() //派生類(lèi)的析構(gòu)函數(shù) { cout<<”DestructingCircleclass\n”; }};派生類(lèi)中含有對(duì)象成員時(shí)，其構(gòu)造函數(shù)的聲明格式如下：

派生類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)名稱(chēng)（參數(shù)表）:基類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)名（參數(shù)表）,對(duì)象成員名1（參數(shù)表）,…對(duì)象成員名N（參數(shù)表）{ //… //派生類(lèi)構(gòu)造函數(shù)體}classCircle2:publicPoint{ doubleradius; PointP1; public:Circle2(doubler,inta,intb):Point(a,b),P1(a,b) //派生類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)，定義時(shí)//指定了基類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)和對(duì)象成員P1的構(gòu)造函數(shù) { radius=r; cout<<”ConstructingCircle2class\n”; } ~Circle2() //派生類(lèi)的析構(gòu)函數(shù) { cout<<”DestructingCircle2class\n”; }};8.3.2派生類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)的構(gòu)造規(guī)則

1.基類(lèi)具有顯式的構(gòu)造函數(shù)時(shí)（1）基類(lèi)具有不帶參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)派生類(lèi)既可以自己不定義構(gòu)造函數(shù)，也可以根據(jù)需要定義自己的構(gòu)造函數(shù)，構(gòu)造函數(shù)可以帶參數(shù)也可以省略，在派生類(lèi)中定義構(gòu)造函數(shù)時(shí)還可省略“：基類(lèi)構(gòu)造函數(shù)名（參數(shù)表）”。（2）基類(lèi)僅有帶參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)派生類(lèi)必須顯式的定義其構(gòu)造函數(shù)，并在聲明時(shí)指定其基類(lèi)的某一構(gòu)造函數(shù)和參數(shù)表，把參數(shù)傳遞給基類(lèi)構(gòu)造函數(shù)。2.基類(lèi)具有隱式的構(gòu)造函數(shù)時(shí)當(dāng)基類(lèi)沒(méi)有顯式的定義（即隱式的定義）構(gòu)造函數(shù)時(shí)，派生類(lèi)可以根據(jù)需要定義自己的構(gòu)造函數(shù)，派生類(lèi)構(gòu)造函數(shù)的參數(shù)表、基類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)名和參數(shù)表都可以根據(jù)需要省略。8.3.3派生類(lèi)構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)的調(diào)用順序1.構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用順序派生類(lèi)對(duì)象創(chuàng)建的時(shí)候，構(gòu)造函數(shù)的執(zhí)行順序?yàn)椋海?）基類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)（2）對(duì)象成員的構(gòu)造函數(shù)（3）派生類(lèi)自身的構(gòu)造函數(shù)2.析構(gòu)函數(shù)的調(diào)用順序與構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用順序正好相反。即

（1）派生類(lèi)自身的析構(gòu)函數(shù)（2）對(duì)象成員的構(gòu)造函數(shù)（3）基類(lèi)的析構(gòu)函數(shù)【例8.6】派生類(lèi)Circle2的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)的執(zhí)行順序//…Point和Circle2類(lèi)的定義main(){ Circle2C1(0.0,1,1); cout<<”-------------programline----------------\n”; return0;}8.4多重繼承8.4.1多重繼承的聲明前面討論的是單繼承，即一個(gè)類(lèi)是從一個(gè)基類(lèi)派生而來(lái)的。在C++中還允許從多個(gè)基類(lèi)中派生出新的子類(lèi)，這種派生方法稱(chēng)為多重繼承（或多基派生）。這一強(qiáng)大的派生功能可以大大提高軟件重用的靈活性。聲明的格式如下：class派生類(lèi)名:派生存取說(shuō)明符（可?。?基類(lèi)名1,…,派生存取說(shuō)明符N基類(lèi)名N{ //派生類(lèi)新增的數(shù)據(jù)成員和成員函數(shù)};【例8.7】多重繼承的聲明#include<iostream.h>classCircle1//基類(lèi)Circle1{protected:intr;public:voidsetx(intx){r=x;}voiddraw(){ cout<<"drawing…\n";}};classCircle2//基類(lèi)Circle2{protected:intr;public:voidsetx(intx){r=x;}voidwrite(){ cout<<"writing…\n";}};classCircle:publicCircle1,publicCircle2//類(lèi)Circle公有繼承了Circle1和Circle2{public:voidshow(){ cout<<"showing…\n";}};voidmain(){Circlecc;cc.draw();cc.write();cc.show();}8.4.2多重繼承的幾點(diǎn)說(shuō)明1.在多重繼承中派生類(lèi)成員的訪問(wèn)控制規(guī)則與單一繼承規(guī)則相同。2.多重繼承的構(gòu)造函數(shù)與析構(gòu)函數(shù)定義與單一繼承相似，只是在構(gòu)造函數(shù)定義時(shí)N個(gè)基類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)之間用逗號(hào)分隔。3.多重繼承雖然功能強(qiáng)大，但也容易造成系統(tǒng)的復(fù)雜性，設(shè)計(jì)時(shí)務(wù)必正確和謹(jǐn)慎，能用單一繼承時(shí)盡量不用多重繼承。4.多重繼承容易產(chǎn)生模糊性，在引用時(shí)要注意例如前面例8.7如果按照下面來(lái)引用：voidmain(){Circlecc;cc.setx(10);//Circle1的setx還是Circle2的setx？}

voidmain(){Circlecc;cc.Circle1::setx(10);//說(shuō)明是Circle1中的r為10}8.4.3虛基類(lèi)

1.虛基類(lèi)的概念當(dāng)在多條繼承路徑上有一個(gè)公共的基類(lèi),在這些路徑中的某幾條匯合處,這個(gè)公共的基類(lèi)就會(huì)產(chǎn)生多個(gè)實(shí)例(或多個(gè)副本),若只想保存這個(gè)基類(lèi)的一個(gè)實(shí)例,可以將這個(gè)公共基類(lèi)說(shuō)明為虛基類(lèi).

2.虛基類(lèi)的聲明class派生類(lèi)名:virtual派生存取說(shuō)明符（可?。┨摶?lèi)名{ //派生類(lèi)新增的數(shù)據(jù)成員和成員函數(shù)};3.虛基類(lèi)的初始化虛基類(lèi)初始化時(shí)，構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用順序規(guī)則：（1）同一層派生中包含多個(gè)虛基類(lèi)時(shí)，虛基類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)按它們派生時(shí)聲明的先后次序調(diào)用。（2）如某虛基類(lèi)是由實(shí)基類(lèi)派生而來(lái)，則先調(diào)用此實(shí)基類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)，再調(diào)用虛基類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)，最后才是派生類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)。（3）若同一層派生中，同時(shí)存在虛基類(lèi)與實(shí)基類(lèi)，應(yīng)先調(diào)用虛基類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)，再調(diào)用實(shí)基類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)，最后調(diào)用派生類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)。4.虛基類(lèi)的作用虛基類(lèi)的作用就是為其他類(lèi)提供一個(gè)合適的基類(lèi)，以便派生類(lèi)可以從它那里繼承和實(shí)現(xiàn)所需的接口。在多重繼承時(shí)，當(dāng)派生類(lèi)的多個(gè)基類(lèi)有一個(gè)共同的基類(lèi)時(shí)，為防止產(chǎn)生二義性問(wèn)題可使用虛基類(lèi)方法。注意:虛基類(lèi)并不是在聲明基類(lèi)時(shí)聲明的，而是在聲明派生類(lèi)時(shí)，指定繼承方式時(shí)聲明的。因?yàn)橐粋€(gè)基類(lèi)可以在生成一個(gè)派生類(lèi)時(shí)作為虛基類(lèi)，而在生成另一個(gè)派生類(lèi)時(shí)不作為虛基類(lèi)?！纠?.11】存在二義性的虛基類(lèi)多重派生#include<iostream.h>classBase //基類(lèi){ protected: intb;public:Base() {b=1;cout<<”ConstructingBaseclass”<<endl; }};classBase1:publicBase//基類(lèi)1從Base派生{ public:Base1() {cout<<”ConstructingBase1class”<<endl;cout<<”Baseb=”<<b<<endl; }};classBase2:publicBase //基類(lèi)2從Base派生{ public:Base2() {cout<<”ConstructingBase2class”<<endl;cout<<”Baseb=”<<b<<endl; }};classDerived:publicBase1,Base2//從兩個(gè)基類(lèi)base1和base2多重派生出子類(lèi){ public:Derived() { cout<<”ConstructingDerivedclass”<<endl;cout<<”Baseb=”<<b<<endl; }};main(){ DerivedD1; return0;}改成如下語(yǔ)句：classBas