C++中的继承

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子类私有和保护成员

比如下面这段代码编译是不通过的

class Student;
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 main()
{
	Person p;
	Student s;
	Display(p, s);
}

当然稍微将代码进行修改，在子类中也声明一下友元关系就可以访问了

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

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。无论派生出多少个子类，都只有一个static成员实例 。

class Person
{
public:
	Person() { ++_count; }//通过父类的构造函数进行++统计
protected:
	string _name; // 姓名
public:
	static int _count; // 统计人的个数。
};
int Person::_count = 0;
class Student : public Person
{
protected:
	int _stuNum; // 学号
};
class Graduate : public Student
{
protected:
	string _seminarCourse; // 研究科目
};
int main()
{
	Student s1;
	Student s2;
	Student s3;
	Graduate s4;
	cout << " 人数 :" << Person::_count << endl;
	cout << " 人数 :" << Student::_count << endl;
	cout << " 人数 :" << Graduate::_count << endl;
	Student::_count = 0;
	cout << " 人数 :" << Person::_count << endl;
}

上面代码的执行结果：

7.复杂的菱形继承及菱形虚拟继承

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

 

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

 

举个例子便于理解这里的多继承：比如在学校里面，你是一名研究生辅导员，那么你既是老师也是学生，就是双重身份，即需要去继承这两者的特性。

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。

class Person
{
public:
	string _name; // 姓名
}; 
class Student : public Person
{
protected:
	int _num; //学号
};
class Teacher : public Person
{
protected:
	int _id; // 职工编号
};
class Assistant : public Student, public Teacher
{
protected:
	string _majorCourse; // 主修课程
};
int main()
{
	Assistant a;
	//a._name = "peter";// 这样会有二义性无法明确知道访问的是哪一个
	// 需要显式指定访问哪个父类的成员可以解决二义性问题，但是数据冗余问题又无法解决
	a.Student::_name = "xxx";
	a.Teacher::_name = "yyy";
}

 上面的方式只是解决了二义性但是没有有效地解决数据冗余的问题。 

虚拟继承可以同时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(也就是在菱形继承腰部的位置)，即可解决问题。需要注意的是，虚拟继承不要在其他地方去使用。

class Person
{
public:
	string _name; // 姓名
};
class Student : virtual public Person
{
protected:
	int _num; //学号
};
class Teacher : virtual public Person
{
protected:
	int _id; // 职工编号
};
class Assistant : public Student, public Teacher
{
protected:
	string _majorCourse; // 主修课程
};
int main()
{
	Assistant a;
	a._name = "peter";//此时不需要指定作用域都可以
}

 接下来我们继续探讨一个问题：C++编译器是如何通过虚继承来解决这里的数据冗余和二义性的呢？

虚拟继承解决数据冗余和二义性的原理
为了研究虚拟继承原理，我们给出了一个简化的菱形继承继承体系，再借助内存窗口观察对象成员的模型。

首先我们来看一下没有使用虚继承的普通菱形继承内存窗口：

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;
}

 

接下来我们再来看看使用虚继承的内存窗口：

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;
}

上图是菱形虚拟继承的内存对象成员模型：这里可以分析出D对象中将A放到的了对象组成的最下面，这个A同时属于B和C，那么B和C如何去找到公共的A呢？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(0x00BC5F50,0x00BC5F60)叫虚基表指针，通过这两个地址分别去找两个表，这两个表叫虚基表。虚基表中存的是偏移量。通过偏移量可以找到下面的公共基类A。

虚继承中虚基表的存在有什么优势呢？大大地减少了存储空间的消耗，只需要通过存储两个指针就可以找到公共基类，没有虚基表就需要在内存中存储两份这样的数据，内存消耗会非常大。

用一个图对上面的Person关系菱形虚拟继承的原理解释：

8.继承总结

1.C++语法复杂，其实多继承就是一个体现。有了多继承，就存在菱形继承，有了菱形继承就有菱形虚拟继承，底层实现就很复杂。所以一般不建议设计出多继承，一定不要设计出菱形继承。否则在复杂度及性能上都有问题。
2. 多继承可以认为是C++的缺陷之一，很多后来的语言都没有多继承，如Java。
3. 继承和组合

class A
{
public:
	void func()
	{}
protected:
	int _a;
};
// B继承了A，可以复用A
class B : public A
{
protected:
	int _b;
};
// C组合A，也可以复用A
class C
{
private:
	int _c;
	A _a;
};

·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)(B里面既可以用A的公有成员，也可以用保护的成员，也就是说，A所有成员对于B都是透明的，B可以随便使用，关联度很高，A的改变基本都会对B造成影响)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)(C只能用A公有的成员，A的私有成员对C是不透明的，C和A关联度很低，A的改变对C的影响小)，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。
·软件设计类之间或者模块之间关系强调：高类聚，低耦合。高类聚：类里面的成员之间关联度很高；低耦合：类与类之间的关联的很低。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 = "川A88888"; // 车牌号
};
class BMW : public Car 
{
public:
	void Drive() { cout << "帅" << endl; }
};
class Benz : public Car 
{
public:
	void Drive() { cout << "舒适" << endl; }
};
// Tire和Car构成has-a的关系
class Tire 
{
protected:
	string _brand = "Michelin"; // 品牌
	size_t _size = 27; // 尺寸
};
class Car 
{
protected:
	string _colour = "白色"; // 颜色
	string _num = "川A88888"; // 车牌号
	Tire _t; // 轮胎
};