【C++】继承（二）

目录

五、继承和友元

5.1 友元关系不能继承

5.2 解决方法

六、继承与静态成员

6.1 继承体系中的静态成员的概念

6.2 静态成员的访问和使用

七、菱形继承及菱形虚拟继承

7.1 单继承和多继承

7.2 菱形继承

7.3 菱形继承存在的主要问题

7.4 菱形虚拟继承

八、优先使用组合，而不是继承

九、以往的笔试面试题

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五、继承和友元

5.1 友元关系不能继承

友元关系不能继承，即基类友元不能访问子类私有和保护成员

class Student; //父类中出现了子类的相关信息，需要提前声明子类
class Person
{
public:
    friend void Display(const Person& p, const Student& s);
protected:
    string _name; // 姓名
};
class Student : public Person
{
protected:
    int _stuNum; // 学号
};
void Display(const Person& p, const Student& s)
{
    cout << p._name << endl;
    cout << s._stuNum << endl;
}
void Test4()
{
    Person p;
    Student s;
    Display(p, s);
}

 在上面的例子进行编译时会报错：
“Student::_stuNum”: 无法访问 protected 成员(在“Student”类中声明)

原因：Display函数可以访问基类的成员（因为它是基类的友元函数），但是友元关系不能继承，所以它不能访问子类的成员。

5.2 解决方法

如果友元函数需要访问子类成员，有什么方法吗

当然有，那就是在子类也声明该友元函数，即可实现上述功能。

 此时就不会再报错

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六、继承与静态成员

6.1 继承体系中的静态成员的概念

1. 子类可以通过继承父类来获得其静态成员。
2. 静态成员是与类本身相关联的，而不是与类的实例相关联的。
3. 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，无论派生出多少个子类，都只有一个static成员实例 。
4. 静态成员变量存在静态区，属于类，不属于对象，继承只是继承了使用权。

6.2 静态成员的访问和使用

1、在定义静态成员时，需要在成员前面加上 static 关键字，表示该成员是静态成员。

class MyClass {
public:
    static int _val;
};

2、静态成员不属于类的对象，因此可以在没有创建类的对象的情况下访问。

int main() {
    std::cout << MyClass::_val << std::endl; // 直接访问静态成员
    return 0;
}

3、静态成员的初始化需要在类外进行，可以在类外使用作用域解析运算符为静态成员赋值。（不用加上static）

int MyClass::_val = 10; // 初始化静态成员

 4、当一个类被继承时，它的静态成员可以被派生类直接访问，也可以通过作用域解析运算符::来访问基类的静态成员。(前提是符合继承中的作用域)

class A {
protected:
    static int x;
};
int A::x = 10;

class B : public A {
public:
    void func() {
        // 子类访问父类的静态成员
        int y = A::x;
    }
};

需要注意的是，如果在子类中定义了一个与父类同名的静态成员，那么该成员将会隐藏父类的同名静态成员，使用该成员时需要标注其所属类。（多态那一篇会详细介绍）

#include 

class Base 
{
public:
    static int var;
};

int Base::var = 0;

class Derived : public Base 
{
public:
    static int var;
};

int Derived::var = 1;

int main() 
{
    std::cout << "Base::var = " << Base::var << std::endl; // 输出 Base::var = 0
    std::cout << "Derived::var = " << Derived::var << std::endl; // 输出 Derived::var = 1

    return 0;
}

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七、菱形继承及菱形虚拟继承

7.1 单继承和多继承

继承可以分为单继承和多继承两种形式。单继承是指派生类只有一个直接基类，而多继承是指派生类有多个直接基类。在多继承中，需要小心处理可能出现的二义性问题。

7.2 菱形继承

菱形继承是多继承的一种特殊情况。

菱形继承是指通过多层继承关系，最终导致派生类间接继承同一个基类，形成了一个菱形的继承结构。这种继承结构可能会引发一些问题和困扰。

这也属于菱形继承：

7.3 菱形继承存在的主要问题

菱形继承存在的主要问题有两个：内存浪费和二义性。

内存浪费：因为菱形继承中派生类从多个基类中继承同一个基类，导致该基类在派生类中被重复实例化。例如在菱形继承结构中，顶层基类 Base被实例化了一次，在其派生类 Derived1 中又被实例化了一次，在其派生类 Derived2 中也被实例化了一次，在最底层的派生类 Derived3 中又被实例化了一次。这样就造成了内存浪费。

二义性：因为派生类同时从不同的基类中继承来自同一个基类的成员，导致访问这些成员时存在二义性。例如在菱形继承结构中，如果派生类 Derived3  中同时继承了派生类 Derived2  和派生类 Derived1  中的成员，那么当访问这些成员时就可能会产生歧义。

class A {
public:
    int _a = 5;
};

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

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

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

int main() {
    D d;
    std::cout << "d._a =  " << d._a << std::endl; //报错
    return 0;
}

调用 d 中的 _a 会出现二义性，不知道是 B 中的 _a 还是 A 中的 _a 。

7.4 菱形虚拟继承

虚拟继承可以解决菱形继承的二义性和数据冗余的问题。

如上面的继承关系，在Student和Teacher的继承Person时使用虚拟继承，即可解决问题。

虚拟继承的格式：派生类继承基类时在继承方式前加上 virtual 关键字

虚拟继承解决数据冗余和二义性的原理：

class A
{
public:
 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;
};
int main()
{
 D d;
 d.B::_a = 1;
 d.C::_a = 2;
 d._b = 3;
 d._c = 4;
 d._d = 5;
 return 0;
}

通过了B和C的两个指针，指向的一张表。这两个指针叫虚基表指针，这两个表叫虚基表。虚基表中存的偏移量。通过偏移量可以找到下面的A。

注：
        1、A初始化一次，初始化顺序：A  B  C  D
        2、初始化列表出现的顺序不是执行顺序，执行顺序由声明顺序决定。
              继承里面，谁先继承就是谁先声明。

下面是Person关系菱形虚拟继承的原理解释： 

菱形虚拟继承通过使用虚拟继承的方式，避免了派生类对同一基类的多次实例化，从而解决了内存浪费的问题；同时，通过使派生类只包含一个共享的虚拟基类子对象，消除了对同一成员的二义性，从而解决了二义性的问题。

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八、优先使用组合，而不是继承

• 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。
• 优先使用对象组合，而不是类继承 。
• 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，基类的内部细节对子类可见 （父类的公有和保护对子类是透明的）。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（组合只能用组合对象的公有成员）。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。
• 实际尽量多去用组合。组合的耦合度低，代码维护性好。不过继承也有用武之地的，些关系就适合继承那就用继承，另外要实现多态，也必须要继承。类之间的关系可以用继承，可以用组合，就用组合。

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九、以往的笔试面试题

1. 什么是菱形继承？菱形继承的问题是什么？

菱形继承是指一个类同时继承自两个拥有共同基类的类，从而形成了菱形的继承结构。

例如，类 D 继承自类 B 和类 C，而类 B 和类 C 都继承自类 A，这样就形成了菱形继承结构。

菱形继承的问题主要包括：
        - 数据冗余：由于类 D 继承了类 B 和类 C，而类 B 和类 C 又都继承自类 A，因此类 D 中会包含两份来自类 A 的数据，造成数据冗余。
        -二义性：当类 D 调用来自类 A 的方法或属性时，由于存在两份来自类 A 的数据，可能会导致二义性，不清楚到底使用哪一份数据。

2. 什么是菱形虚拟继承？如何解决数据冗余和二义性的

菱形虚拟继承是为了解决菱形继承的问题而提出的解决方案。在菱形继承中，如果使用虚拟继承，可以避免数据冗余和二义性的问题。
菱形虚拟继承的特点是，最终派生类只包含唯一一份共同基类的子对象。

使用菱形虚拟继承时，需要在中间的父类（类 B 和类 C）的继承声明前加上 `virtual` 关键字，
例如 'class B : virtual public A'。这样做可以确保最终派生类（类 D）中只包含一份来自共同基类（类 A）的数据。类 B 和类 C生成一个虚基表指针指向一个存放偏移量的虚基表，通过偏移量找到共同基类（类 A）的数据，解决了数据冗余和二义性的问题。

3. 继承和组合的区别？什么时候用继承？什么时候用组合？

继承和组合的区别：
        - 继承是一种 is-a 关系，它表示一个类是另一个类的一种类型。通过继承，子类可以获得父类的属性和行为，并且可以添加新的属性和行为。通常情况下，当子类 is-a 父类的时候，可以考虑使用继承。
        - 组合是一种 has-a 关系，它表示一个类包含另一个类作为其一部分。通过组合，一个类可以包含另一个类的实例作为自己的成员变量，从而利用该类的功能。通常情况下，当一个类需要使用另一个类的功能，而不是成为它的一种类型时，可以考虑使用组合。

   当需要表示 is-a 关系的时候，可以考虑使用继承；当需要表示 has-a 关系的时候，可以考虑使用组合。通常情况下，推荐优先选择组合而不是继承，因为组合更加灵活，降低了类之间的耦合度。