继承（一）
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;
}
