个人主页ꪔ小林Y✨个人专栏《C小白闯关日记》《C语言小白闯关日记》《数据结构入门——从原理到实战》,《拾光Linux》《网络安全》代码信条每一行代码都是成长的脚印每一次调试成功都是对坚持的回应目录【继承】1.继承inheritance的定义1.1概念1.2格式1.3继承父类成员访问方式的变化1.4继承类模板2.父类和子类间的转换3.继承中的作用域3.1隐藏4.子类的默认成员函数4.1六个默认成员函数4.2实现一个不能被继承的类5.继承与友元6.继承与静态成员7.多继承及其菱形继承问题7.1单继承7.2多继承7.2.1多继承中的偏移问题7.3菱形继承7.4虚继承8.继承和组合【多态】1.多态的概念1.1实现多态的必要条件2.虚函数2.1虚函数的重写/覆盖2.2多态场景面试题2.3析构函数的重写2.4override 和 final关键字2.5重载/重写/隐藏的对比3.纯虚函数和抽象类4.多态的原理4.3虚函数表指针4.4多态的原理重点面试考4.5动态绑定与静态绑定4.6虚函数表【继承】1.继承inheritance的定义1.1概念继承机制是面向对象程序设计使代码可以复用的最重要的手段它允许我们在保持原有类特性的基础上进行扩展增加方法(成员函数)和属性(成员变量)这样产生新的类称派生类。继承是类设计层次的复用。1.2格式#includeiostreamusingnamespacestd;classStudent{public:// 进⼊校园/图书馆/实验室刷⼆维码等⾝份认证voididentity(){}// 学习voidstudy(){}protected:string _namepeter;// 姓名string _address;// 地址string _tel;// 电话int_age18;// 年龄int_stuid;// 学号};classPerson{public:// 进⼊校园/图书馆/实验室刷⼆维码等⾝份认证voididentity(){coutvoid identity()_nameendl;}protected:string _name张三;// 姓名string _address;// 地址string _tel;// 电话int_age18;// 年龄};classStudent:publicPerson{public:// 学习voidstudy(){}protected:int_stuid;// 学号};intmain(){Student s;s.identity();return0;}我们看到的Person是基类也称作父类。Student是派生类也称作子类。1.3继承父类成员访问方式的变化类成员/继承方式public继承protected继承private继承基类的public成员派生类的public成员派生类的protected成员派生类的private成员基类的protected成员派生类的protected成员派生类的protected成员派生类的private成员基类的private成员在派生类中不可见在派生类中不可见在派生类中不可见基类private成员在派生类中无论以什么方式继承都是不可见的。基类private成员在派生类中是不能被访问如果基类成员不想在类外直接被访问但需要在派生类中能访问就定义为protected。可以看出保护成员限定符是因继承才出现的。基类的私有成员在派生类都是不可以直接使用的但是可以间接使用。基类的其他成员在派生类的访问方式 Min(成员在基类的访问限定符继承方式)。例使用关键字class时默认的继承方式是private使用struct时默认的继承方式是public不过最好显示的写出继承方式。1.4继承类模板namespaceLin{templateclassTclassstack:publicvectorT{public:voidpush(constTx){// 但是模版是按需实例化调用了哪个成员函数就实例化哪个// push_back等成员函数未实例化所以找不到vectorT::push_back(x);}voidpop(){vectorT::pop_back();}constTtop(){returnvectorT::back();}boolempty(){returnvectorT::empty();}};}intmain(){Lin::stackintst;st.push(1);st.push(2);st.push(3);while(!st.empty()){coutst.top() ;st.pop();}// 构造/析构/push_back 其他成员函数就不会实例化//vectorint v;//v.push_back(1);return0;}2.父类和子类间的转换通常情况下我们把⼀个类型的对象赋值给另⼀个类型的指针或者引用时存在类型转换中间会产生临时对象所以需要加const如int a 1; const double d a;public继承中就是⼀个特殊处理的例外子类对象可以赋值给父类的指针 / 引用而不需要加const这里的指针和引用绑定是子类对象中的父类部分。也就意味着⼀个父类的指针或者引用可能指向父类对象也可能指向子类对象。子类对象赋值给父类对象是通过父类的拷贝构造函数或者赋值重载函数完成的3.继承中的作用域3.1隐藏子类和父类中有同名成员子类成员将屏蔽父类对同名成员的直接访问这种情况叫隐藏。参数是否相同不重要在子类成员函数中可以使用父类::父类成员显示访问需要注意的是如果是成员函数的隐藏只需要函数名相同就构成隐藏。例1.A和B类中的两个func构成什么关系BA. 重载函数重载必须在同一个作用域内 B. 隐藏 C.没关系2.下面程序的编译运行结果是什么AA. 编译报错 B. 运行报错 C. 正常运行classA{public:voidfun(){coutfunc()endl;}};classB:publicA{public:voidfun(inti){coutfunc(int i)iendl;}};intmain(){B b;b.fun(10);b.fun();//正确写法//b.A::fun();return0;};4.子类的默认成员函数4.1六个默认成员函数派生类的构造函数必须调用基类的构造函数初始化基类的那一部分成员。如果基类没有默认的构造函数则必须在派生类构造函数的初始化列表阶段显示调用。派生类的拷贝构造函数必须调用基类的拷贝构造完成基类的拷贝初始化。派生类的operator必须要调用基类的operator完成基类的复制。需要注意的是派生类的operator隐藏了基类的operator所以显示调用基类的operator需要指定基类作用域。派生类的析构函数会在被调用完成后自动调用基类的析构函数清理基类成员。因为这样才能保证派生类对象先清理派生类成员再清理基类成员的顺序。派生类对象初始化先调用基类构造再调派生类构造。派生类对象析构清理**先调用派生类析构再调基类的析构。**7. 因为多态中⼀些场景析构函数需要构成重写重写的条件之⼀是函数名相同。那么编译器会对析构函数名进行特殊处理处理成destructor()所以基类析构函数不加virtual的情况下派生类析构函数和基类析构函数构成隐藏关系。【构造先父后子析构先子后父】classPerson{public:Person(constchar*namepeter):_name(name){coutPerson()endl;}Person(constPersonp):_name(p._name){coutPerson(const Person p)endl;}Personoperator(constPersonp){coutPerson operator(const Person p)endl;if(this!p)_namep._name;return*this;}~Person(){cout~Person()endl;}protected:string _name;// 姓名};classStudent:publicPerson{public:Student(constchar*name,intnum):Person(name),_num(num){coutStudent()endl;}Student(constStudents):Person(s),_num(s._num){coutStudent(const Student s)endl;}Studentoperator(constStudents){coutStudent operator (const Student s)endl;if(this!s){// 构成隐藏所以需要显⽰调⽤Person::operator(s);_nums._num;}return*this;}~Student(){cout~Student()endl;}protected:int_num;//学号};intmain(){Students1(jack,18);Students2(s1);Students3(rose,17);s1s3;return0;}4.2实现一个不能被继承的类方法1基类的构造函数私有派生类的构成必须调用基类的构造函数但是基类的构成函数私有化以后派生类看不见就不能调用了那么派生类就无法实例化出对象。方法2C11新增了⼀个final关键字final修改基类派生类就不能继承了。5.继承与友元友元关系不能继承也就是说基类友元不能访问派生类私有和保护成员6.继承与静态成员基类定义了static静态成员则整个继承体系里面只有⼀个这样的成员。无论派生出多少个派生类都只有⼀个static成员实例。7.多继承及其菱形继承问题7.1单继承⼀个派生类只有⼀个直接基类时称这个继承关系为单继承7.2多继承⼀个派生类有两个或以上直接基类时称这个继承关系为多继承多继承对象在内存中的模型是先继承的基类在前面后面继承的基类在后面派面类成员在放到最后面。7.2.1多继承中的偏移问题classBase1{public:int_b1;};classBase2{public:int_b2;};classDerive:publicBase1,publicBase2{public:int_d;};intmain(){Derive d;Base1*p1d;Base2*p2d;Derive*p3d;return0;}根据以上代码下面说法正确的是(C )A:p1 p2 p3B:p1p2p3C:p1p3!p2D:p1!p2!p37.3菱形继承菱形继承是多继承的⼀种特殊情况。菱形继承的问题从下面的对象成员模型构造可以看出菱形继承有数据冗余和⼆义性的问题在Assistant的对象中Person成员会有两份。实践中不建议设计这种菱形继承。7.4虚继承虚继承虽然解决了菱形继承的二义性但是底层实现就很复杂性能也会有⼀些损失所以最好不要设计出菱形继承。8.继承和组合public继承是⼀种is-a的关系。也就是说每个派生类对象都是⼀个基类对象。组合是⼀种has-a的关系。假设B组合了A每个B对象中都有⼀个A对象。继承允许你根据基类的实现来定义派生类的实现。这种通过生成派生类的复用通常被称为白箱复用(white-box reuse)。术语“白箱”是相对可视性而言在继承方式中基类的内部细节对派生类可见 。继承⼀定程度破坏了基类的封装基类的改变对派生类有很大的影响。派生类和基类间的依赖关系很强耦合度高。对象组合是类继承之外的另⼀种复用选择。新的更复杂的功能可以通过组装或组合对象来获得。对象组合要求被组合的对象具有良好定义的接口。这种复用风格被称为黑箱复用(black-box reuse)因为对象的内部细节是不可见的。对象只以“黑箱”的形式出现。 组合类之间没有很强的依赖关系耦合度低。优先使用对象组合有助于你保持每个类被封装。优先使用组合而不是继承。实际尽量多去用组合组合的耦合度低代码维护性好。不过也不太那么绝对类之间的关系就适合继承(is-a)那就用继承另外要实现多态也必须要继承。类之间的关系既适合用继承(is-a)也适合组合(has-a)就用组合。【多态】1.多态的概念多态(polymorphism)的概念通俗来说就是多种形态。多态分为编译时多态(静态多态)和运行时多态(动态多态)编译时多态(静态多态)主要就是我们前面讲的函数重载和函数模板他们传不同类型的参数就可以调用不同的函数通过参数不同达到多种形态之所以叫编译时多态是因为他们实参传给形参的参数匹配是在编译时完成的我们把编译时一般归为静态运行时归为动态。运行时多态具体点就是去完成某个行为(函数)可以传不同的对象就会完成不同的行为就达到多种形态。比如买票这个行为当普通人买票时是全价买票学生买票时是优惠买票(5折或75折)军人买票时是优先买票。例1.1实现多态的必要条件必须是基类的指针或者引用调用虚函数被调用的函数必须是虚函数并且完成了虚函数重写/覆盖。说明要实现多态效果第⼀必须是基类的指针或引用因为只有基类的指针或引用才能既指向基类对象又指向派生类对象第⼆派生类必须对基类的虚函数完成重写/覆盖重写或者覆盖了基类和派生类之间才能有不同的函数多态的不同形态效果才能达到。2.虚函数类成员函数前面加virtual修饰那么这个成员函数被称为虚函数。注意非成员函数不能加virtual修饰。2.1虚函数的重写/覆盖虚函数的重写/覆盖派生类中有⼀个跟基类完全相同的虚函数(即派生类虚函数与基类虚函数的返回值类型、函数名字、参数列表完全相同)称派生类的虚函数重写了基类的虚函数。注意多态时这里重写的是基类的实现部分注意在重写基类虚函数时派生类的虚函数在不加virtual关键字时虽然也可以构成重写(因为继承后基类的虚函数被继承下来了在派生类依旧保持虚函数属性)但是该种写法不是很规范不建议这样使用。classPerson{public:virtualvoidBuyTicket(){cout买票-全价endl;}};classStudent:publicPerson{public:virtualvoidBuyTicket(){cout买票-打折endl;}};voidFunc(Person*ptr){// 这⾥可以看到虽然都是Person指针Ptr在调⽤BuyTicket// 但是跟ptr没关系⽽是由ptr指向的对象决定的。ptr-BuyTicket();}intmain(){Person ps;Student st;Func(ps);Func(st);return0;}2.2多态场景面试题以下程序输出结果是什么BA: A-0 B: B-1 C: A-1 D: B-0 E: 编译出错 F: 以上都不正确分析下面这个例子就不构成多态就是一个普通调用classA{public:virtualvoidfunc(intval1){std::coutA-valstd::endl;}virtualvoidtest(){func();}};classB:publicA{public:voidfunc(intval0){std::coutB-valstd::endl;}};intmain(intargc,char*argv[]){B*pnewB;p-test();return0;}2.3析构函数的重写基类的析构函数为虚函数此时派生类析构函数只要定义无论是否加virtual关键字都与基类的析函数构成重写虽然基类与派生类析构函数名字不同看起来不符合重写的规则实际上编译器对析构函数的名称做了特殊处理编译后析构函数的名称统⼀处理成destructor所以基类的析构函数加了vialtual修饰派生类的析构函数就构成重写。注意这里是一个大坑2.4override 和 final关键字C11提供了override关键字可以帮助用户检测是否重写。如果我们不想让派生类重写这个虚函数那么可以用final去修饰。例classCar{public:virtualvoidDirve(){}};classBenz:publicCar{public:virtualvoidDrive()override{coutBenz-舒适endl;}};intmain(){return0;}// error C3248: “Car::Drive”: 声明为“final”的函数⽆法被“Benz::Drive”重写classCar{public:virtualvoidDrive()final{}};classBenz:publicCar{public:virtualvoidDrive(){coutBenz-舒适endl;}};intmain(){return0;}2.5重载/重写/隐藏的对比重载重写/覆盖隐藏两个函数在同一作用域两个函数分别在继承体系的父类和子类不同作用域两个函数发别在继承体系的父类和子类不同作用域函数名相同参数不同参数类型或者个数不同返回值可同可不同函数名参数返回值都必须相同协变例外函数名相同两个函数都是虚函数两个函数只要不构成重写就是隐藏父子类的成员变量相同也叫隐藏3.纯虚函数和抽象类在虚函数的后面写上 0则这个函数为纯虚函数纯虚函数不需要定义实现(实现没啥意义因为要被派生类重写但是语法上可以实现)只要声明即可。包含纯虚函数的类叫做抽象类抽象类不能实例化出对象如果派生类继承后不重写纯虚函数那么派生类也是抽象类。纯虚函数某种程度上强制了派生类重写虚函数因为不重写实例化不出对象。classCar{public:virtualvoidDrive()0;};classBenz:publicCar{public:virtualvoidDrive(){coutBenz-舒适endl;}};classBMW:publicCar{public:virtualvoidDrive(){coutBMW-操控endl;}};intmain(){// 编译报错error C2259: “Car”: ⽆法实例化抽象类//Car car;Car*pBenznewBenz;pBenz-Drive();Car*pBMWnewBMW;pBMW-Drive();return0;}4.多态的原理4.3虚函数表指针classBase{public:virtualvoidFunc1(){coutFunc1()endl;}protected:int_b1;char_chx;};intmain(){Base b;coutsizeof(b)endl;return0;}上面编译为32位程序的运行结果是什么DA. 编译报错 B. 运行报错 C. 8 D. 12分析上面题目运行结果12bytes除了_b和_ch成员还多⼀个__vfptr放在对象的前面对象中的这个指针我们叫做虚函数表指针(v代表virtualf代表function)。⼀个含有虚函数的类中都至少都有⼀个虚函数表指针因为⼀个类所有虚函数的地址要被放到这个类对象的虚函数表中虚函数表也简称虚表。4.4多态的原理重点面试考多态分为静态多态和动态多态。静态多态就是编译时确定的多态同一个函数名表现出的多种形态传不同参数调用不同函数去了动态多态是指用一个基类的指针指向不同对象基类对象或派生类的指向谁调用谁的虚函数前提是这些虚函数得完成各自的重写底层的原理是依靠对象当中存的一张虚函数表不同虚函数表里存了不同的虚函数运行时指向谁就到谁的虚函数表里面找到对应的虚函数进行调用。满足多态条件后底层不再是编译时通过调用对象确定函数的地址而是运行时到指向的对象的虚表中确定对应的虚函数的地址这样就实现了指针或引用指向基类就调用基类的虚函数指向派生类就调用派生类对应的虚函数。4.5动态绑定与静态绑定对不满足多态条件(指针或者引用调用虚函数)的函数调用是在编译时绑定也就是编译时确定调用函数的地址叫做静态绑定。满足多态条件的函数调用是在运行时绑定也就是在运行时到指向对象的虚函数表中找到调用函数的地址也就做动态绑定。4.6虚函数表基类对象的虚函数表中存放基类所有虚函数的地址。同类型的对象共用同一张虚表不同类型的对象各自有独立的虚表所以基类和派生类有各自独立的虚表。派生类由两部分构成继承下来的基类和自己的成员⼀般情况下继承下来的基类中有虚函数表指针自己就不会再生成虚函数表指针。但是要注意的这里继承下来的基类部分虚函数表指针和基类对象的虚函数表指针不是同⼀个就像基类对象的成员和派生类对象中的基类对象成员也独立的。派生类中重写的基类的虚函数派生类的虚函数表中对应的虚函数就会被覆盖成派生类重写的虚函数地址。派生类的虚函数表中包含 (1)基类的虚函数地址(2)派生类重写的虚函数地址完成覆盖派生类自己的虚函数地址三个部分。虚函数表本质是一个存虚函数指针的指针数组⼀般情况这个数组最后面放了⼀个0x00000000标记。g系列编译不会放)虚函数和普通函数⼀样的编译好后是一段指令都是存在代码段的只是虚函数的地址又存到了虚表中。到这儿本期stackqueue的内容就结束了。如果文中有表述不准的地方或是你有更清晰的理解思路强烈欢迎在评论区留言交流——技术路上多碰撞才能更快进步觉得内容对你有帮助的话别忘了点赞❤️➕收藏方便后续回顾复习想跟着一起系统学习数据结构的朋友也可以点击关注下一期我们会聚焦更进一步的学习。不见不散✌️