继承(inheritance)机制是面向对象程序设计使代码可以复用的重要手段，它允许程序员在保持着类特性的基础上进行扩展，增加功能，这样产生新的类，称为派生类。继承呈现了面向对象程序设计的层次结构，体现了由简单到复杂的认知过程。之前用的比较多的是函数复用，继承是类设计层次的复用。

就比如说：对于学生和老师，首先他们都是人，就会有年龄身高体重等个人信息，我们就可以把信息整合成一个Person类，对于Student类和Teacher类就可以继承Person类，提高代码的复用。

写成代码就是如下这样：

class Person
{
protected:
	string _name;   //姓名
	int _age;       //年龄
	double _height; //身高
	double _weight; //体重
};

class Student : public Person
{
private:
	string _stuid;  //学号
};

class Teacher : public Person
{
private:
	string _title;  //职称
};

定义

语法形式

继承的实现是在派生类的声明后加冒号(:)、继承方式(关键字public、protected、private)、基类名来实现的。

继承后派生类成员访问权限

继承方式的不同会使得继承后派生类成员访问权限不一样，简单来说，判断继承后派生类成员的访问权限是将继承方式与基类成员访问权限类型作比较，取权限小的那个。举个例子，如果是public继承，那么基类的proteced成员在派生类也是protected成员，因为protected与public比较，protected的权限较小。

1. 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。这里的不可见是指基类的私有成员还是被继承到了派生类对象中，但是语法上限制派生类对象不管在类里面还是类外面都不能去访问它。

2. 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。

3. 实际上面的表格我们进行一下总结会发现，基类的私有成员在子类都是不可见。基类的成员在子类的访问方式 == Min(成员在基类的访问限定符，继承方式)，public > protected > private。

4. 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。

5. 在实际运用中一般使用都是public继承，几乎很少使用protetced/private继承，也不提倡使用protetced/private继承，因为protetced/private继承下来的成员都只能在派生类的类里面使用，实际中扩展维护性不强。

public继承下的基类和派生类间的转换

基类和派生类间的转换只能在public继承的前提下。

因为只有在public继承下才能保持基类成员的访问权限，使得派生类对象可以当作基类对象使用。如果是protected继承或者private继承的话，会改变基类成员的访问权限，及比如proteced继承下，基类的public成员就会变成派生类proteed成员，如果此时发生转换的话，基类成员的权限发生了改变，这样会违反访问权限规则的。

在vs上这种行为是错误的。

派生类对象赋值给基类对象、基类指针、基类引用

这种方式有个形象的说法就是切片，就是将派生类中基类那部分切割出来赋值过去。相反，基类对象不可以赋值给派生类对象、指针和引用，因为有些成员是派生类独有的，基类没有。

class Person
{
public:
	void Print()
	{
		cout << "Person Print()" << endl;
	}

protected:
	string _name;   //姓名
	int _age;       //年龄
	double _height; //身高
	double _weight; //体重
};

class Student : public Person
{
public:
	void Print()
	{
		cout << "Student Print()" << endl;
	}
private:
	string _stuid;  //学号
};

int main()
{
	Student stu;           //派生类对象

	Person per = stu;      //赋值给基类对象
	Person* pper = &stu;   //赋值给基类对象的指针
	Person& rper = stu;    //赋值给基类对象的引用
	per.Print();
	pper->Print();
	rper.Print();

	return 0;
}

运行结果如下

总结：

1.派生类对象可以赋值给基类的对象、基类的指针、基类的引用。这种方式有个形象的说法就是切片，就是将派生类中基类那部分切割出来赋值过去

2.基类对象不可以赋值给派生类对象、指针和引用。

3.基类的指针或者引用可以通过强制类型转换赋值给派生类的指针或者引用。但是必须是基类的指针是指向派生类对象时才是安全的。这里基类如果是多态类型，可以使用RTTI(Run-Time Type Information)的dynamic_cast 来进行识别后进行安全转换。

继承的作用域

隐藏规则

1.在继承体系下基类和派生类都有独立的作用域。

2.派生类和基类中有同名成员，派生类成员将屏蔽基类对同名成员，这种情况叫隐藏。（在派生类成员函数中，可以使用基类::基类成员显示访问。）

3.对于成员函数的隐藏，只需要函数名相同就行了。

4.实际上在继承体系中最好不要定义同名的成员。

class A
{
public:
	void Print()
	{
		cout << x << " " << y << endl;
		cout << "A Print()" << endl;
	}
protected:
	int x = 1;
	int y = 2;
};

class B : public A	
{
public:
	//对基类A的Print函数隐藏
	void Print(int a)
	{
		cout << x << " " << y << endl;
		cout << "B Print" << endl;
	}
protected:
	//对基类A的x和y隐藏
	int x = 10;
	int y = 20;
};

int main()
{
	B b;
	b.Print(0);

	return 0;
}

继承作用域相关选择题

class A
{
public:
	void fun()
	{
		cout << "func()" << endl;
	}
};
class B : public A
{
public:
	void fun(int i)
	{
		cout << "func(int i)" << i << endl;
	}
};
int main()
{
	B b;
	b.fun(10);
	b.fun();
	return 0;
};

1.A类和类中的两个fun构成什么关系？

2.程序运行结果是什么

这道题较为简单，A类和B类中两个fun函数构成隐藏关系，程序运行的结果是编译报错。

派生类的默认成员函数

类的默认成员函数在继承体系下有所不同。

构造函数与析构函数

派生类的构造函数会先去调用基类的构造函数去初始化基类的成员。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显示调用。

派生类的析构函数在调用完成后就自动调用基类的析构函数清理基类基类成员，保证后定义的先析构。（先定义基类，然后是派生类，所以先析构派生类，然后是基类）

举个例子：

class Person
{
public:
	Person(string name = "kate")
		:_name(name)
	{
		cout << "Person()" << endl;
	}

	~Person()
	{
		cout << "Person()" << endl;
	}
protected:
	string _name;
};

class Student : public Person
{
public:
	Student(const char* name)
		:Person(name)
	{
		cout << "Student" << endl;
	}

	~Student()
	{
		cout << "~Student()" << endl;
	}
protected:
	int _id = 10;
};

int main()
{
	Student stu("Mike");
	return 0;
}

拷贝构造和赋值重载

派生类的拷贝构造函数和赋值重载函数必须去调用基类对应的函数。值得注意的是，派生类的赋值重载函数隐藏了基类的赋值重载函数，所以必须显示调用基类的赋值重载（指定基类作用域）

举个例子：

class Person
{
public:
	Person(const string& name = "kate")
		:_name(name)
	{
		cout << "Person()" << endl;
	}

	Person(const Person& p)
		:_name(p._name)
	{
		cout << "Copy Person()" << endl;
	}

	Person& operator=(const Person& p)
	{
		if (this != &p)
		{
			_name = p._name;
			cout << "Assignment overload Person()" << endl;
		}
		return *this;
	}

	~Person()
	{
		cout << "Person()" << endl;
	}
protected:
	string _name;
};

class Student : public Person
{
public:
	Student(const string& name, int id = 10)
		:Person(name)
		,_id(id)
	{
		cout << "Student()" << endl;
	}

	Student(const Student& stu)
		:Person(stu)
		, _id(stu._id)
	{
		cout << "Copy Student()" << endl;
	}

	Student& operator=(const Student& stu)
	{
		if (this != &stu)
		{
			Person::operator=(stu);     //这里Person的赋值重载被隐藏，需要显示调用
			_id = stu._id;
			cout << "Assignment overload Student()" << endl;
		}
		return *this;
	}

	~Student()
	{
	    cout << "~Student()" << endl;
	}
protected:
	int _id;

};

int main()
{
	Student stu1("Mike", 10);
	cout << endl;
	
	Student stu2(stu1);
	cout << endl;

	Student stu3("Peter", 20);
	cout << endl;
	
	stu3 = stu1;
	cout << endl;

	return 0;
}

继承与友元

友元关系是不能继承下来的，也就是说，基类的友元函数是不能访问派生类的私有和保护成员。


//声明
//不加前置声明的话，Student找不到，会报奇怪的错误
class Student;
class Person
{
public:
	friend void Display(const Person& per, const Student& stu);
protected:
	string _name = "zhangsan";
};

void Display(const Person& per, const Student& stu)
{
	cout << per._name << endl;
	cout << stu._id << endl;
}


class Student : public Person
{
protected:
	int _id = 10086;
};

int main()
{
	Person per;
	Student stu;
	Display(per, stu);
	return 0;
}

继承与静态成员

基类定义了static静态成员，那么在继承体系下只有一个这样的静态成员。无论有多少个派生类，都只有一个static成员实例。

说简单点，静态成员在一定程度上是独立于类里面的成员的。

class Person
{
public:
	string _name;
	static int _count;
};

//静态成员变量一定要在类外进行初始化。
int Person::_count = 0;

class Student : public Person
{
protected:
	int _id;
};

int main()
{
	Person p;
	Student s;

	//非静态成员_name的地址是不一样的
	//说明派生类继承下来的，基类和派生类各有一份
	//更具体来说，派生类实例化对象时，根据继承下来的基类创建一份对象，然后被包含于派生类对象。
	//这个派生类对象包含的基类对象跟直接用基类实例化出的对象是不一样的
	cout << &p._name << endl;
	cout << &s._name << endl;

	cout << endl;

	//这里地址是相同的，说明派生类和基类共用一份静态成员
	cout << &p._count << endl;
	cout << &s._count << endl;


	return 0;
}

多继承

单继承：一个派生类只继承了一个基类时，这个继承关系叫做单继承。

多继承：一个派生类继承了多个基类时，这个继承关系叫做多继承。

菱形继承

菱形继承是多继承的一种特殊情况。菱形继承具有数据冗余和二义性的问题。

如下图所示，Assistant对象中Person成员会有两份。支持多继承就不可避免的会有菱形继承，Java就直接不支持多继承以避免菱形继承的问题，所以在实践中不建议设计出菱形继承的模型。

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
};
int main()
{
	Assistant a;
	//这样会产生二义性,无法明确知道访问的是哪一个类的_name
	a._name = "peter"; 
	// 需要显示指定访问哪个父类的成员可以解决这种二义性问题，但是数据冗余问题无法解决
	//a.Student::_name = "Peter";
	//a.Teacher::_name = "Mike";
	return 0;
}

虚拟继承

菱形继承有二义性和数据冗余和二义性的问题，那么虚拟继承就是为了解决这种问题。在Student和Teacher继承时使用虚拟继承，就可以解决菱形继承的问题。

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
};

可以从上面看到，Person类只有一份，因为Student和Teacher的Person的_name都被赋值Peter，所以虚拟继承解决了菱形继承的数据冗余和二义性的问题。

虚拟继承的原理

简单提一下虚拟继承的原理，以上面的例子来说，如果不用虚拟继承，继承下来的Student和Teacher各有一份Person，造成了数据冗余和二义性的问题；在使用虚拟继承后，Student和Teacher的Person就被两个虚基表指针代替，这两个指针分别指向一个虚基表，原本的Person就放置于别的地方。

虚基表存有两个数据，一个是为多态的虚表准备存偏移量的位置，第二个就是当前类对象距离公共虚基类的偏移量，通过虚基表指针找到虚基表，通过虚基表中的偏移量找到公共虚基类。

多继承下指针偏移问题

class Base1 { public: int _b1; };
class Base2 { public: int _b2; };
class Derive : public Base1, public Base2 { public: int _d; };

int main()
{
    Derive d;
    Base1* p1 = &d;
    Base2* p2 = &d;
    Derive* p3 = &d;
    return 0;
}

以下说法正确的是：

A：p1 == p2 == p3 B：p1 < p2 < p3 C：p1 == p3 != p2 D：p1 != p2 != p3

正确答案是C p1 == p3 != p2

由于Base1先继承，所以Base1置于Derive的开头，紧接着就是Base2，所以p1和p3都指向Derive开头，p2就指向与p1不同的位置，这就是多继承下指针偏移。

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

比如，车辆和奔驰就是is-a的关系，适合用继承。

class Car
{
protected:
	string _color;
	string _num;
};

class Benz : public Car
{
public:
	void Drive()
	{
		cout << "This is Benz" << endl;
	}
};

而车和轮胎应该是has-a的关系，适合用组合。

class Tire
{
protected:
	string _brand;
	size_t _size;
};

class Car
{
protected:
	string _color;
	string _num;
	Tire _t;
};

如果两个类之间既是is-a的关系，又是has-a的关系，优先使用组合。

原因：

1.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。

2.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。

3.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。

4.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