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C++类间的 “接力棒“ 传递：继承（下）

news 来源：原创 2025/8/25 9:08:52

文章目录

5. 继承与友元
6.继承与静态成员
7.菱形继承
8.继承和组合
希望读者们多多三连支持
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本篇接着补充继承方面的内容，同时本篇的菱形继承尤为重要

5. 继承与友元

class Student;
class Person
{
public:friend void Display(const Person& p, const Student& s);
protected:string _name;
};class Student : public Person
{
protected:int _stuNum;
};void Display(const Person& p, const Student& s)
{cout << p._name << endl;cout << s._stuNum << endl;
}void main()
{Person p;Student s;Display(p, s);
}

友元关系不能继承，也就是说父类友元不能访问子类私有和保护成员。想要子类也能访问友元，就必须在子类也加上友元

🔥值得注意的是：

class Student; 这一前置声明是为了在 Person 类中声明 Display 函数为友元函数，此函数的参数包含 const Student& s，由于 Person 类的定义处于 Student 类之前，编译器在处理 Person 类定义时还未看到 Student 类的完整定义，所以使用前置声明来告知编译器 Student 是一个类，这样就能在 Person 类中使用 Student 类型的引用

6.继承与静态成员

class Person
{
public:static int _count;string _name;
};int Person::_count = 0;class Student : public Person
{
protected:int _stuNum;
};int main()
{Person p;Student s;cout << &p._name << endl;cout << &s._name << endl;cout << &Person::_count << endl;cout << &Student::_count << endl;return 0;
}

直接说结论：父类定义的静态成员可以继承给子类，不过继承的是使用权

普通变量继承到子类的时候，其实是复制一份过去的，所以一样的变量在子类父类其实是一式两份的，但是静态成员不一样，在子类和父类里是同一份

在这里插入图片描述

7.菱形继承

我们要知道 C++ 的继承方式有几种情况：

🚩单继承：一个子类只有一个直接父类时称这个继承关系为单继承

在这里插入图片描述

🚩多继承：一个子类有两个或以上直接父类时称这个继承关系为多继承

在这里插入图片描述

🚩菱形继承：菱形继承是多继承的一种特殊情况

在这里插入图片描述

菱形继承可以说是 C++ 刚出继承的时候的一个失误，Java 就没有多继承这一说法，为的就是避免菱形继承的出现

为什么菱形继承会出问题呢？

在这里插入图片描述
Assistant 继承了 Teacher 和 Student 本来是没什么问题的，出问题的点就在于 Teacher 和 Student 都继承了 Person ，这就导致 Assistant 里面会有两份 Person 的成员，导致出现数据冗余的问题

✏️假设在 Assistant 中访问 Person 的成员：

class Person
{
public:string _name;
};class Student : public Person
{
protected:int _num;
};class Teacher : public Person
{
protected:int _id;
};class Assistant : public Student, public Teacher
{
protected:string _majorCourse;
};void Test()
{Assistant a;a._name = "peter";
}

这里对象 a 访问 _name 就不知道要找哪个 Person 的 _name，这样会有二义性无法明确知道访问的是哪一个

a.Student::_name = "xxx";
a.Teacher::_name = "yyy";

因此需要显示指定访问哪个父类的成员可以解决二义性问题，但是数据冗余问题无法解决

以下是对菱形继承的详细分析及解决方案：

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

这是个典型的菱形继承的例子，其实这些继承的变量是连续存储的，我们可以调出监视窗口里的内存查看

在这里插入图片描述

在内存里确实是在 B 和 C 中存在两个 _a

✏️解决方案：

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;d._a = 0;return 0;
}

C++规定，把 virtual 关键字加在从共同基类直接派生的类前

virtual 关键字使得在继承体系中，共同的基类在派生类对象中只存在一份共享的子对象，而不是为每个直接继承的基类都创建一份副本

同样的转到内存中查看：

在这里插入图片描述

发现 A 的内存被额外找了一块区域进行存储，变成共享的了，那 B 和 C 中原来存储 A 的地方，根据地址找到对应的值，发现对应回原来的表，其实是与这块共享区域的偏移量

这里是通过了 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，虚基表就是寻找基类偏移量的表。虚基表中存的偏移量，通过偏移量可以找到 A

🔥值得注意的是：

最右边的图，有具体值的旁边的 00000000 ，其实是留给 D 类型其它对象的
像 d._a = 1 这样子，按照声明顺序就可以直接找到 _a 了，不需要用到偏移量。像 B* pb = &d；pb->_a = 1；这样子，因为 D 这个子类赋值给 B 类这个父类，需要切割，B 并不是按照声明顺序这样能直接找到，所以需要依靠偏移量才能找到 B 的 _a
其实不止是 D 类，像 B 类和 C 类的内存存储方式、偏移量查找方式和 D 类是一样的

总的来说： 比如想要查找 _a 这块共享区域，就根据当前对象的虚基表指针，找到偏移量，然后回到虚基表去找到 _a 这块共享区域

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
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。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
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，有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

// Car和BMW Car和Benz构成is-a的关系
class Car {
protected:string _colour = "白色"; // 颜色string _num = "陕ABIT00"; // 车牌号
};class BMW : public Car {
public:void Drive() { cout << "好开-操控" << endl; }
};class Benz : public Car {
public:void Drive() { cout << "好坐-舒适" << endl; }
};// Tire和Car构成has-a的关系class Tire {
protected:string _brand = "Michelin";  // 品牌size_t _size = 17;         // 尺寸};class Car {
protected:string _colour = "白色"; // 颜色string _num = "陕ABIT00"; // 车牌号Tire _t; // 轮胎
};

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7.菱形继承

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