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C++继承概念详解

继承是C++中一个强大的功能，它允许我们在定义子类时重复利用父类的属性和方法，从而避免代码冗余。本文将详细介绍C++继承的概念、应用场景、继承格式以及相关的实现细节。

一、继承的概念

在现实世界中，许多对象之间存在整体与部分的关系。例如，Student("学生")和Teacher("老师")都可以看作是Person("人")的子类。Person类包含了姓名、年龄和性别等通用属性，而Student和Teacher类则在这些基础上分别增加了学号和工号的属性。这种继承关系使得代码实现更加高效和可维护。

二、继承的具体操作

1.1 代码冗余问题 不使用继承时，我们需要在Student和Teacher类中分别定义姓名、年龄和性别等属性，这会导致冗余代码。例如：

class Person { public: Person(string name = "Tom", int age = 20, int sex = 1) : _name(name), _age(age), _sex(sex) { } string _name; int _age; int _sex; };

class Student { public: Student(string name, int age, int sex, int stuNum) : _name(name), _age(age), _sex(sex), _stuNum(stuNum) { } string _name; int _age; int _sex; int _stuNum; };

class Teacher { public: Teacher(string name, int age, int sex, int workNum) : _name(name), _age(age), _sex(sex), _workNum(workNum) { } string _name; int _age; int _sex; int _workNum; };

2.2 继承后代码优化 通过引入继承，我们可以避免代码冗余。例如：

class Person { public: Person(string name = "Tom", int age = 20, int sex = 1) : _name(name), _age(age), _sex(sex) { } string _name; int _age; int _sex; };

class Student : public Person { public: Student(int stuNum) : _stuNum(stuNum) { } private: int _stuNum; };

class Teacher : public Person { public: Teacher(int workNum) : _workNum(workNum) { } private: int _workNum; };

这种继承方式使得Student和Teacher类都继承了Person类的属性，从而实现了代码的精简。

三、继承格式

在C++中，继承格式的书写方式如下：

class DerivedClass : public BaseClass { // 继承自BaseClass的内容 };

其中：

需要注意的是，protected成员在继承时的访问权限不会改变。例如：

class Person { public: Person(string name = "Tom", int age = 20, int sex = 1) : _name(name), _age(age), _sex(sex) { } private: protected: string _name; int _age; int _sex; };

class Student : public Person { public: Student(int stuNum) : _stuNum(stuNum) { } private: int _stuNum; };

在这种情况下，Person类的_name、_age和_sex属性会被Student类继承为protected类型。

四、成员的继承与访问

class Person { private: string _name; int _age; int _sex; };

class Student : public Person { public: Student(int stuNum) : _stuNum(stuNum) { } private: int _stuNum; };

在这种情况下，Student类的_name、_age和_sex属性虽然存在，但由于它们是private类型，无法在Student类中直接访问。

2. public和protected成员的继承 父类中定义为public或protected的成员在子类中也保持相同的访问级别。例如：

class Person { public: string _name; int _age; int _sex; };

class Student : public Person { public: Student(int stuNum) : _stuNum(stuNum) { } private: int _stuNum; };

在这种情况下，Student类的_name、_age和_sex属性可以通过public或protected方式访问。

五、友元与静态成员的继承

3. 友元函数的继承 友元函数不能被继承，因为友元关系不属于类的成员关系。例如：

class Person { public: friend class Student; Person(string name = "Tom", int age = 20, int sex = 1) : _name(name), _age(age), _sex(sex) { } string _name; int _age; int _sex; };

class Student : public Person { public: Student(int stuNum) : _stuNum(stuNum) { } private: int _stuNum; };

2. 静态成员的继承 静态成员可以被继承，但静态成员不会为每个对象单独分配空间。例如：

class Person { public: static const int MAX_AGE = 100; };

class Student : public Person { public: Student(int stuNum) : _stuNum(stuNum) { } private: int _stuNum; };

在这种情况下，Student类继承了Person类的MAX_AGE静态成员，但MAX_AGE只会在类级别存在一个实例。

六、菱形继承与虚拟继承

3. 菱形继承问题 菱形继承（多个继承关系）可能导致数据冗余和二义性。例如：

class Person { public: string _name; int _age; int _sex; };

class Student : public Person { public: int _stuNum; };

class Teacher : public Person { public: int _workNum; };

class Assistant : public Student, public Teacher { public: int _d; };

在这种情况下，Assistant类继承了Student和Teacher类的属性，导致_name和_age在两个类中各存储一次，导致数据冗余。

2. 虚拟继承的解决方案 为了解决菱形继承带来的问题，C++引入了虚拟继承（virtual inheritance）。虚拟继承通过在基类中定义virtual关键字来避免多个继承关系导致的数据冗余和二义性。例如：

class Person { public: virtual ~Person() {} string _name; int _age; int _sex; };

class Student : virtual public Person { public: int _stuNum; };

class Teacher : virtual public Person { public: int _workNum; };

class Assistant : public Student, public Teacher { public: int _d; };

在这种情况下，Assistant类继承了Student和Teacher类的属性，但虚拟继承确保了只存储一次Person类的属性，从而解决了数据冗余问题。

七、虚拟继承的实现原理 虚拟继承通过在基类中定义虚拟符号来实现，确保每个继承链只存储一次基类的成员。例如：

class A { public: virtual ~A() {} int _a; };

class B : virtual public A { public: int _b; };

class C : virtual public A { public: int _c; };

class D : public B, public C { public: int _d; };

在这种情况下，D类的虚拟继承确保了_A类的属性只存储一次，而B和C类的继承关系不会导致重复存储。

通过上述内容可以看到，C++的继承机制提供了强大的代码复用能力，同时也需要注意继承方式的选择和虚拟继承的使用，以避免潜在的问题。