《C中的繼承》課件

C語(yǔ)言中的繼承C語(yǔ)言雖然不是面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言,但是通過(guò)結(jié)構(gòu)體和指針的運(yùn)用,可以實(shí)現(xiàn)類似于面向?qū)ο蟮睦^承機(jī)制。讓我們探索一下C語(yǔ)言中如何實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單而靈活的繼承。什么是繼承概念釋義繼承是面向?qū)ο缶幊讨械囊粋€(gè)重要特性,它允許一個(gè)類從另一個(gè)類中繼承屬性和方法。層次關(guān)系通過(guò)繼承,子類可以獲得父類的所有功能,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展和修改。代碼重用繼承能夠避免重復(fù)編寫(xiě)相同的代碼,提高代碼的復(fù)用性和可維護(hù)性。繼承的概念和作用繼承的概念繼承是面向?qū)ο缶幊痰囊粋€(gè)重要特征,指的是子類繼承父類的屬性和方法,實(shí)現(xiàn)代碼的復(fù)用和擴(kuò)展。子類可以繼承父類的公有成員和受保護(hù)成員,從而獲得父類的功能。繼承的作用繼承可以減少代碼重復(fù),提高代碼的重用性和可維護(hù)性。通過(guò)繼承,子類可以共享父類的屬性和方法,從而避免了重復(fù)編寫(xiě)相同的代碼。同時(shí),繼承還支持代碼的擴(kuò)展和多態(tài)性。繼承的定義和特點(diǎn)定義繼承是一種面向?qū)ο缶幊痰幕咎卣?它允許新的類型繼承已有類型的數(shù)據(jù)和行為。層次關(guān)系繼承建立了一種父類和子類的層次關(guān)系,子類可以訪問(wèn)父類的成員變量和成員函數(shù)。代碼復(fù)用繼承可以實(shí)現(xiàn)代碼的復(fù)用,子類可以重復(fù)使用父類的功能而無(wú)需重新編寫(xiě)。多態(tài)繼承還支持多態(tài)特性,子類可以對(duì)繼承的方法進(jìn)行重寫(xiě)和擴(kuò)展。繼承的目的和優(yōu)點(diǎn)提高代碼的重用性繼承可以讓子類復(fù)用父類的屬性和方法,減少重復(fù)編碼,提高開(kāi)發(fā)效率。增強(qiáng)代碼的可維護(hù)性通過(guò)繼承實(shí)現(xiàn)代碼的模塊化和分層,有利于代碼的維護(hù)和擴(kuò)展。促進(jìn)代碼的擴(kuò)展性繼承可以讓新的功能快速構(gòu)建在現(xiàn)有的代碼基礎(chǔ)之上,提高軟件的擴(kuò)展能力。繼承的實(shí)現(xiàn)方式1類派生從已有類派生新類的方式2組合復(fù)用通過(guò)組合已有對(duì)象來(lái)實(shí)現(xiàn)新功能3模板繼承使用模板參數(shù)化類和函數(shù)在C++中,繼承是實(shí)現(xiàn)代碼復(fù)用的主要方式之一。類派生是最常見(jiàn)的繼承形式,通過(guò)定義基類和派生類的關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)繼承。組合復(fù)用則是通過(guò)組合已有對(duì)象來(lái)實(shí)現(xiàn)新的功能。而模板繼承則利用模板參數(shù)化的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)泛型編程。這三種方式各有特點(diǎn),都是繼承的重要實(shí)現(xiàn)手段。單繼承和多繼承單繼承單繼承是指一個(gè)子類只能有一個(gè)直接父類。這種繼承模式簡(jiǎn)單明了，易于理解和實(shí)現(xiàn)。多繼承多繼承是指一個(gè)子類可以有多個(gè)直接父類。這種繼承模式更加靈活，但也更加復(fù)雜。繼承層次單繼承模式下，繼承關(guān)系形成一棵樹(shù)狀結(jié)構(gòu)。多繼承模式下，繼承關(guān)系則可能形成一個(gè)有向無(wú)環(huán)圖。編程實(shí)現(xiàn)C++支持多繼承，但C語(yǔ)言只支持單繼承。不同語(yǔ)言對(duì)繼承的支持有所區(qū)別。單繼承的實(shí)現(xiàn)1基類定義定義一個(gè)基類作為父類，包含一些共有屬性和方法。2派生類定義創(chuàng)建一個(gè)派生類繼承基類，并可以添加自己特有的屬性和方法。3構(gòu)造與初始化在派生類中，可以調(diào)用基類的構(gòu)造函數(shù)來(lái)初始化從基類繼承而來(lái)的成員。單繼承的語(yǔ)法和示例在C++中,單繼承是通過(guò)使用冒號(hào)(:)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。子類從父類繼承屬性和方法,可以直接使用或重寫(xiě)父類的成員。子類可以添加新的屬性和方法,擴(kuò)展父類的功能。單繼承的語(yǔ)法如下:class子類名:[訪問(wèn)說(shuō)明符]父類名{...};多繼承的實(shí)現(xiàn)1類A公有成員2類B公有成員3派生類C繼承A和B的公有成員多繼承是C++中一種強(qiáng)大的特性,允許一個(gè)類繼承多個(gè)基類。這種實(shí)現(xiàn)方式讓類C同時(shí)擁有類A和類B的公有成員,最終構(gòu)成一個(gè)功能更加豐富的類。但是在使用多繼承時(shí),需要格外注意解決菱形繼承問(wèn)題,以及盡量減少基類之間的耦合。多繼承的語(yǔ)法和示例C++支持多重繼承,允許一個(gè)類同時(shí)繼承多個(gè)基類。這種繼承方式可以讓類擁有多個(gè)父類的特性和功能,增加了類的靈活性和功能性。多繼承的語(yǔ)法為:class子類:訪問(wèn)限定父類1,訪問(wèn)限定父類2,...。訪問(wèn)限定可以是public、protected或private。多繼承的示例如:classStudent:publicPerson,protectedTeacher,privateManager{...}。這個(gè)子類同時(shí)擁有Person、Teacher和Manager的特性。虛函數(shù)和虛函數(shù)表虛函數(shù)概念虛函數(shù)是一種允許在衍生類中重新定義基類中已定義的函數(shù)的機(jī)制。它提供了基類與衍生類之間的多態(tài)性。虛函數(shù)表虛函數(shù)表是一種用于實(shí)現(xiàn)虛函數(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),它存儲(chǔ)了各個(gè)虛函數(shù)的地址,以便在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)用。虛函數(shù)調(diào)用通過(guò)虛函數(shù)表,編譯器可以在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)確定應(yīng)該調(diào)用哪個(gè)虛函數(shù)的實(shí)現(xiàn),實(shí)現(xiàn)了多態(tài)性。虛函數(shù)的作用和使用多態(tài)性虛函數(shù)實(shí)現(xiàn)了多態(tài)性，讓基類指針或引用可以指向不同類型的派生類對(duì)象。動(dòng)態(tài)綁定虛函數(shù)在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)綁定，根據(jù)實(shí)際對(duì)象的類型來(lái)決定調(diào)用哪個(gè)版本的函數(shù)。方法重寫(xiě)派生類可以重寫(xiě)基類的虛函數(shù)，實(shí)現(xiàn)不同的功能。重寫(xiě)函數(shù)要與基類函數(shù)有相同的參數(shù)列表和返回值。虛函數(shù)覆蓋和重寫(xiě)虛函數(shù)覆蓋在繼承中,當(dāng)子類的虛函數(shù)與基類的虛函數(shù)具有相同的函數(shù)簽名時(shí),就會(huì)發(fā)生虛函數(shù)的覆蓋。這樣可以實(shí)現(xiàn)多態(tài)性,子類的虛函數(shù)會(huì)覆蓋基類的虛函數(shù)。虛函數(shù)重寫(xiě)虛函數(shù)重寫(xiě)指的是子類中重新實(shí)現(xiàn)基類中聲明的虛函數(shù)。這樣可以根據(jù)具體的需求來(lái)改變虛函數(shù)的行為,使其更符合子類的特點(diǎn)。純虛函數(shù)和抽象類抽象類的定義抽象類是一種特殊的類,它無(wú)法被實(shí)例化,只能作為基類被繼承。抽象類中可以包含抽象方法,也可以包含普通成員函數(shù)。純虛函數(shù)的概念純虛函數(shù)是一種特殊的虛函數(shù),它沒(méi)有函數(shù)體,只有函數(shù)聲明。任何包含純虛函數(shù)的類都必須被聲明為抽象類。二者的關(guān)系抽象類通過(guò)包含純虛函數(shù)來(lái)強(qiáng)制派生類必須提供該方法的實(shí)現(xiàn),這是抽象類的核心目的。抽象類的定義和特點(diǎn)定義抽象類是一種特殊的類，它無(wú)法直接創(chuàng)建實(shí)例對(duì)象。它用于定義一組公共的接口和行為。特點(diǎn)抽象類可以包含抽象方法和具體方法。抽象類必須被具體子類繼承并實(shí)現(xiàn)其抽象方法。目的抽象類旨在定義一個(gè)公共的骨架,讓子類去實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能細(xì)節(jié),提高代碼的可重用性和靈活性。抽象類的實(shí)現(xiàn)和使用定義抽象類使用abstract關(guān)鍵字定義抽象類,抽象類中可以包含抽象方法和普通方法。創(chuàng)建抽象方法在抽象類中聲明抽象方法,不需要方法體,由子類來(lái)實(shí)現(xiàn)。繼承抽象類子類必須實(shí)現(xiàn)抽象類中的所有抽象方法,否則子類也必須聲明為抽象類。使用抽象類實(shí)例無(wú)法直接創(chuàng)建抽象類的實(shí)例,必須創(chuàng)建抽象類的具體子類實(shí)例。抽象類與繼承的關(guān)系理解繼承繼承是面向?qū)ο缶幊讨械闹匾拍钪?它允許新類繼承現(xiàn)有類的屬性和方法,實(shí)現(xiàn)代碼的重用和擴(kuò)展。抽象類的作用抽象類作為一種特殊的基類,定義了一些公共的功能和接口,為具體的實(shí)現(xiàn)類提供了框架和規(guī)范。繼承與抽象類抽象類通常作為父類被繼承,子類可以復(fù)用抽象類的實(shí)現(xiàn),并根據(jù)需求進(jìn)一步擴(kuò)展或重寫(xiě)虛函數(shù)。關(guān)系緊密抽象類與繼承的關(guān)系是密切的,抽象類為繼承提供了一個(gè)骨架和藍(lán)圖,使得繼承更加靈活和強(qiáng)大。抽象類的優(yōu)缺點(diǎn)分析優(yōu)點(diǎn)抽象類能夠定義共享的屬性和行為,提高代碼復(fù)用性。它們還能實(shí)現(xiàn)部分功能,為子類的實(shí)現(xiàn)提供基礎(chǔ)。缺點(diǎn)抽象類無(wú)法實(shí)例化,需要通過(guò)子類實(shí)現(xiàn)才能使用。它們?cè)黾恿祟惖膶哟谓Y(jié)構(gòu)和復(fù)雜性,可能會(huì)降低代碼的可讀性。靈活性抽象類的設(shè)計(jì)需要權(quán)衡,過(guò)于抽象可能會(huì)降低靈活性,但過(guò)于具體則可能限制了子類的實(shí)現(xiàn)空間。維護(hù)成本由于抽象類引入了額外的層次結(jié)構(gòu),在代碼維護(hù)和修改時(shí)需要更多的工作。繼承中的構(gòu)造函數(shù)調(diào)用順序在繼承中,構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用順序是從基類到派生類的順序,確?；惖某蓡T在派生類之前初始化。初始化列表使用初始化列表可以在構(gòu)造函數(shù)中對(duì)基類的成員變量進(jìn)行初始化,提高程序的執(zhí)行效率。虛函數(shù)調(diào)用在構(gòu)造函數(shù)中禁止調(diào)用虛函數(shù),因?yàn)榇藭r(shí)對(duì)象的類型還不確定,可能導(dǎo)致意料之外的結(jié)果。構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用順序基類構(gòu)造創(chuàng)建派生對(duì)象時(shí),首先會(huì)調(diào)用基類的構(gòu)造函數(shù)。初始化成員在基類構(gòu)造結(jié)束后,緊接著初始化派生類自身的成員變量。派生類構(gòu)造最后調(diào)用派生類的構(gòu)造函數(shù),完成整個(gè)對(duì)象的初始化過(guò)程。構(gòu)造函數(shù)的初始化列表構(gòu)造函數(shù)初始化構(gòu)造函數(shù)的初始化列表可以在構(gòu)造函數(shù)執(zhí)行之前進(jìn)行對(duì)成員變量的初始化。這種方式可以更好地控制初始化的順序。內(nèi)存布局優(yōu)化通過(guò)初始化列表可以更好地控制對(duì)象的內(nèi)存布局,從而提高程序的運(yùn)行效率。性能提升與直接在構(gòu)造函數(shù)中賦值相比,初始化列表的方式可以提高程序的性能,因?yàn)樗梢员苊獠槐匾呐R時(shí)對(duì)象創(chuàng)建。構(gòu)造函數(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)分析構(gòu)造函數(shù)的優(yōu)點(diǎn)構(gòu)造函數(shù)能確保對(duì)象在創(chuàng)建時(shí)被正確初始化,便于對(duì)類的屬性和行為進(jìn)行控制和管理。構(gòu)造函數(shù)的缺點(diǎn)構(gòu)造函數(shù)需要重復(fù)編寫(xiě)大量初始化代碼,增加了程序的復(fù)雜性。同時(shí)構(gòu)造函數(shù)無(wú)法被繼承,不利于代碼復(fù)用。構(gòu)造函數(shù)的最佳實(shí)踐合理設(shè)計(jì)構(gòu)造函數(shù),充分利用初始化列表和默認(rèn)參數(shù)值,并盡量做到可繼承,從而提高代碼的靈活性和復(fù)用性。繼承中的靜態(tài)成員靜態(tài)成員訪問(wèn)靜態(tài)成員可以通過(guò)類名或?qū)ο竺麃?lái)訪問(wèn)。靜態(tài)成員不依賴于具體的對(duì)象實(shí)例，可以直接通過(guò)類名來(lái)調(diào)用。靜態(tài)成員特點(diǎn)靜態(tài)成員在內(nèi)存中只有一份拷貝，被所有對(duì)象共享。靜態(tài)成員可以在不創(chuàng)建對(duì)象的情況下訪問(wèn)。靜態(tài)成員應(yīng)用場(chǎng)景靜態(tài)成員常用于一些通用的工具函數(shù)、常量定義等場(chǎng)景。它們無(wú)需依賴于具體的對(duì)象實(shí)例即可使用。靜態(tài)成員的訪問(wèn)與調(diào)用1訪問(wèn)靜態(tài)成員可以通過(guò)類名或?qū)ο竺L問(wèn)靜態(tài)成員。這樣可以確保所有對(duì)象共享同一個(gè)靜態(tài)成員。2調(diào)用靜態(tài)函數(shù)靜態(tài)函數(shù)可以通過(guò)類名直接調(diào)用,也可以通過(guò)對(duì)象名調(diào)用。建議使用類名調(diào)用以突出靜態(tài)特性。3數(shù)據(jù)封裝靜態(tài)成員可以用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)封裝,確保數(shù)據(jù)的訪問(wèn)和修改符合設(shè)計(jì)要求。4優(yōu)化性能在某些情況下,使用靜態(tài)成員可以提高程序的性能和效率。靜態(tài)成員的優(yōu)缺點(diǎn)分析優(yōu)點(diǎn)靜態(tài)成員可以更好地管理全局資源,提高代碼復(fù)用性和可維護(hù)性。它們可以在不創(chuàng)建對(duì)象的情況下直接訪問(wèn),減少內(nèi)存占用。缺點(diǎn)靜態(tài)成員存在于整個(gè)程序生命周期,占用內(nèi)存空間較大。它們也無(wú)法訪問(wèn)實(shí)例變量,缺乏靈活性。編程時(shí)需要謹(jǐn)慎使用,避免濫用。繼承的應(yīng)用場(chǎng)景軟件開(kāi)發(fā)在面向?qū)ο缶幊讨?繼承被廣泛應(yīng)用于軟件開(kāi)發(fā),幫助程序員重用代碼,提高開(kāi)發(fā)效率。框架建立許多著名的軟件框架,如Java的Spring框架,都充分利用了繼承機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)靈活的擴(kuò)展性。類庫(kù)構(gòu)建在構(gòu)建功能豐富的類庫(kù)時(shí),繼承可以幫助開(kāi)發(fā)者組織和擴(kuò)展各種功能,提高代碼的復(fù)用性。類層次結(jié)構(gòu)繼承可以用來(lái)構(gòu)建復(fù)雜的類層次結(jié)構(gòu),反映不同實(shí)體之間的關(guān)系,增強(qiáng)程序的可維護(hù)性。繼承的編程技巧合理設(shè)計(jì)繼承結(jié)構(gòu)構(gòu)建清晰的繼承層次,以反映概念之間的關(guān)系,增強(qiáng)代碼的可讀性和可維護(hù)性。利用虛函數(shù)多態(tài)通過(guò)重寫(xiě)虛函數(shù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)綁定,讓不同子類有自己的特有行為。封裝隱藏實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)合理利用訪問(wèn)控制權(quán)限,把內(nèi)部實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)與外部接口隔離,降低耦合度。復(fù)用有意義的代碼通過(guò)繼承重用父類的屬性和方法,避免重復(fù)編碼,提高開(kāi)發(fā)效率。繼承的最佳實(shí)踐遵循單一職責(zé)原則每個(gè)類應(yīng)該負(fù)責(zé)一個(gè)特定的任務(wù)或功能,避免過(guò)于復(fù)雜和笨重的類層次結(jié)構(gòu)。謹(jǐn)慎使用繼承繼承關(guān)系應(yīng)該建立在合理的需求基礎(chǔ)之上,而不是為了代碼復(fù)用而盲目使用。注重代碼可讀