C++将派生类赋值给基类(向上转型)
数据类型转换的前提是,编译器知道如何对数据进行取舍
类其实也是一种数据类型,也可以发生数据类型转换,不过这种转换只有在基类和派生类之间才有意义,并且只能将派生类赋值给基类,包括将派生类对象赋值给基类对象、将派生类指针赋值给基类指针、将派生类引用赋值给基类引用,这在 C++ 中称为向上转型。相应地,将基类赋值给派生类称为向下转型。
向上转型非常安全,可以由编译器自动完成;向下转型有风险,需要程序员手动干预。
赋值的本质是将现有的数据写入已分配好的内存中,对象的内存只包含了成员变量,所以对象之间的赋值是成员变量的赋值,成员函数不存在赋值问题。
将派生类对象赋值给基类对象时,会舍弃派生类新增的成员,也就是“大材小用”
这种转换关系是不可逆的,只能用派生类对象给基类对象赋值,而不能用基类对象给派生类对象赋值。理由很简单,基类不包含派生类的成员变量,无法对派生类的成员变量赋值。同理,同一基类的不同派生类对象之间也不能赋值。
需要注意的是,向上转型后通过基类的对象、指针、引用只能访问从基类继承过去的成员(包括成员变量和成员函数),不能访问派生类新增的成员。
要理解这个问题,还得从赋值的本质入手。赋值实际上是向内存填充数据,当数据较多时很好处理,舍弃即可;本例中将 b 赋值给 a 时(执行a=b;
语句),成员 m_b 是多余的,会被直接丢掉,所以不会发生赋值错误。但当数据较少时,问题就很棘手,编译器不知道如何填充剩下的内存;如果本例中有b= a;
这样的语句,编译器就不知道该如何给变量 m_b 赋值,所以会发生错误。
#include <iostream>
using namespace std;
//基类A
class A{
public:
A(int a);
public:
void display();
protected:
int m_a;
};
A::A(int a): m_a(a){ }
void A::display(){
cout<<"Class A: m_a="<<m_a<<endl;
}
//中间派生类B
class B: public A{
public:
B(int a, int b);
public:
void display();
protected:
int m_b;
};
B::B(int a, int b): A(a), m_b(b){ }
void B::display(){
cout<<"Class B: m_a="<<m_a<<", m_b="<<m_b<<endl;
}
//基类C
class C{
public:
C(int c);
public:
void display();
protected:
int m_c;
};
C::C(int c): m_c(c){ }
void C::display(){
cout<<"Class C: m_c="<<m_c<<endl;
}
//最终派生类D
class D: public B, public C{
public:
D(int a, int b, int c, int d);
public:
void display();
private:
int m_d;
};
D::D(int a, int b, int c, int d): B(a, b), C(c), m_d(d){ }
void D::display(){
cout<<"Class D: m_a="<<m_a<<", m_b="<<m_b<<", m_c="<<m_c<<", m_d="<<m_d<<endl;
}
int main(){
A *pa = new A(1);
B *pb = new B(2, 20);
C *pc = new C(3);
D *pd = new D(4, 40, 400, 4000);
pa = pd;
pa -> display();
pb = pd;
pb -> display();
pc = pd;
pc -> display();
cout<<"-----------------------"<<endl;
cout<<"pa="<<pa<<endl;
cout<<"pb="<<pb<<endl;
cout<<"pc="<<pc<<endl;
cout<<"pd="<<pd<<endl;
return 0;
}
结果
Class A: m_a=4 Class B: m_a=4, m_b=40 Class C: m_c=400 ----------------------- pa=0x9b17f8 pb=0x9b17f8 pc=0x9b1800 pd=0x9b17f8
本例中定义了多个对象指针,并尝试将派生类指针赋值给基类指针。与对象变量之间的赋值不同的是,对象指针之间的赋值并没有拷贝对象的成员,也没有修改对象本身的数据,仅仅是改变了指针的指向。
1) 通过基类指针访问派生类的成员
我们将派生类指针 pd 赋值给了基类指针 pa,从运行结果可以看出,调用 display() 函数时虽然使用了派生类的成员变量,但是 display() 函数本身却是基类的。也就是说,将派生类指针赋值给基类指针时,通过基类指针只能使用派生类的成员变量,但不能使用派生类的成员函数。
pa 本来是基类 A 的指针,现在指向了派生类 D 的对象,这使得隐式指针 this 发生了变化,也指向了 D 类的对象,所以最终在 display() 内部使用的是 D 类对象的成员变量,相信这一点不难理解。
编译器虽然通过指针的指向来访问成员变量,但是却不通过指针的指向来访问成员函数:编译器通过指针的类型来访问成员函数。对于 pa,它的类型是 A,不管它指向哪个对象,使用的都是 A 类的成员函数。
概括起来说就是:编译器通过指针来访问成员变量,指针指向哪个对象就使用哪个对象的数据;编译器通过指针的类型来访问成员函数,指针属于哪个类的类型就使用哪个类的函数。
2) 赋值后值不一致的情况
本例中我们将最终派生类的指针 pd 分别赋值给了基类指针 pa、pb、pc,按理说它们的值应该相等,都指向同一块内存,但是运行结果却有力地反驳了这种推论,只有 pa、pb、pd 三个指针的值相等,pc 的值比它们都大。也就是说,执行pc = pd;
语句后,pc 和 pd 的值并不相等。
这非常出乎我们的意料,按照我们通常的理解,赋值就是将一个变量的值交给另外一个变量,不会出现不相等的情况,究竟是什么导致了 pc 和 pd 不相等呢?
我们通常认为,赋值就是将一个变量的值交给另外一个变量,这种想法虽然没错,但是有一点要注意,就是赋值以前编译器可能会对现有的值进行处理。例如将 double 类型的值赋给 int 类型的变量,编译器会直接抺掉小数部分,导致赋值运算符两边变量的值不相等。
将派生类引用赋值给基类引用
引用在本质上是通过指针的方式实现的。既然基类的指针可以指向派生类的对象,那么我们就有理由推断:基类的引用也可以指向派生类的对象,并且它的表现和指针是类似的。
引用和指针的表现之所以如此类似,是因为引用和指针并没有本质上的区别,引用仅仅是对指针进行了简单封装