【C++】——继承(下)
5 继承与友元6 继承与静态成员7 多继承7.1 继承模型7.2 菱形继承的问题7.3 虚继承7.4 多继承中的指针偏移问题 8 组合与继承
5 继承与友元
友元关系不能被继承。即一个函数是父类的友元函数,但不是子类的友元函数。也就是说父类的友元不能访问子类的私有和保护成员
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;}int main(){Person p;Student s;Display(p, s);return 0;}
这里出现了许多报错,但没关系,我们先看框出来的这一条
这条报错说缺少","
,一般出现这种报错,而我们检查出并没有","
的相关问题时,通常都是 类型出问题了,一般是我们没有定义某个类型但我们直接去使用就会出现这种报错。
编译器遇到一个类型、变量、函数时都只会向上查找,这是为了提高编译速度
出现报错的原因是friend void Display(const Person& p, const Student& s);
中我们使用了 S t u d e n t Student Student 类型,它的定义在下面。但 S t u d e n t Student Student 是 P e r s o n Person Person 的继承,又不可能将其放在 P e r s o n Person Person 的前面,我们可以在 P e r s o n Person Person 前加上 S t u d e n t Student Student 的前置声明
class Student;
解决这个问题后报错就少很多啦,我们再看看剩下的报错
这里就是友元函数
的问题啦。 D i s p l a y ( ) Display() Display() 是 P e r s o n Person Person 的友元,但友元关系不能继承下来,因此 D i s p l a y ( ) Display() Display() 不是 S t u d e n t Student Student 的友元。解决方法也很简单,在 S t u d e n t Student Student 中加一个有元声明就好
//前置声明class Student;class Person{public :friend void Display(const Person& p, const Student& s);protected:string _name; // 姓名};class Student : public Person{public: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;}
6 继承与静态成员
父类定义了 s t a t i c static 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 s t a t i c static static 成员实例。
而普通成员,假设父类有一个_name
,子类继承下来也有另一个_name
,但是他们两个_name
不是同一个,各自是各自的。
我们来演示一下:
class Person{public :string _name;static int _count;};int Person::_count = 0;class Student : public Person{protected :int _stuNum;};int main(){Person p;Student s;// 这⾥的运⾏结果可以看到⾮静态成员_name的地址是不⼀样的// 说明派⽣类继承下来了,⽗派⽣类对象各有⼀份cout << &p._name << endl;cout << &s._name << endl;// 这⾥的运⾏结果可以看到静态成员_count的地址是⼀样的// 说明派⽣类和基类共⽤同⼀份静态成员cout << &p._count << endl;cout << &s._count << endl;// 公有的情况下,⽗类子类指定类域都可以访问静态成员cout << ++Person::_count << endl;cout << ++Student::_count << endl;// 也可以通过对象进行访问cout << ++p._count << endl;cout << ++s._count << endl;return 0;}
运行结果:
虽然静态变量可以通过对象访问,但一般不这么做,大多数都是直接指定类域去访问
7 多继承
7.1 继承模型
单继承:一个子类只有一个直接父类时,称为这个继承关系为单继承 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。多继承对象在内存中的模型是,
先继承的父类在前面,后继承的父类在后面,子类成员放在最后面
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 A s s i s t a n t Assistant Assistant 的对象中 P e r s o n Person Person 成员会有两份。支持多继承就一定会有菱形继承,像 J a v a Java Java 就直接不支持多继承,规避掉了这里的问题,所以实践中我们是不建议设计出菱形继承这样的继承模型的 菱形继承
7.2 菱形继承的问题
菱形继承是很坑的,有数据冗余(浪费空间)和二义性(不知访问哪个)的问题,现实中不想被打就不要设计出菱形继承(多继承是没问题的,不要搞出菱形继承就行)。
我们通过代码来看一下菱形继承存在的问题
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};
上述就是菱形继承, P e r s o n Person Person 成员在 A s s i s t a n t Assistant Assistant 对象中有两份。我们试着访问 P e r s o n Person Person 的成员 _ n a m e name name
int main(){Assistant a;a._name = "peter";return 0;}
我们需要指定访问那个父类成员的成员可以解决二义性的问题,但是数据冗余问题无法解决
int main(){Assistant a;a.Student::_name = "xxx";a.Teacher::_name = "yyy";return 0;}
虽然解决了二义性,但数据冗余问题无法解决,Person 有两份
不仅如此,因为数据冗余,导致菱形继承对象的大小特别大
int main(){Assistant a;cout << sizeof(Assistant) << endl;return 0;}
那么现实中有没有人设计出菱形继承呢?还真有,我们简单看一下
虽然但是,别学他
7.3 虚继承
为了解决菱形继承的问题,C++ 引入了虚继承的概念,新增关键字: v i r t u a l virtual virtual
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};
注意:因为是Person
有数据冗余和二义性,所以是 Student 和 Teacher 继承 Person 时是虚继承,加 virtual 关键字
int main(){Assistant a;a._name = "peter";a.Student::_name = "xxx";a.Teacher::_name = "yyy";return 0;}
加了虚继承后,就只有一份 P e r s o n Person Person 成员了,共用了。既可以直接访问也可以指定类域访问。
这里虽然监视窗口显示的是 3 个 P e r s o n Person Person,到那实际上他们是共用的
。
其实库中的菱形继承也是用虚继承来解决的
template<class CharT, class Traits = std::char_traits<CharT>>class basic_ostream : virtual public std::basic_ios<CharT, Traits>{};template<class CharT, class Traits = std::char_traits<CharT>>class basic_istream : virtual public std::basic_ios<CharT, Traits>{};
那虚继承对 S t u d e n t Student Student 和 T e a c h e r Teacher Teacher 有什么影响吗?
底层的角度有一些影响,用的角度没有影响。从用的角度来说 S t u d e n t Student Student 和 T e a c h e r Teacher Teacher 就是一个单继承。 v i r t u a l virtual virtual 真正影响的是下面的 A s s i s t a n t Assistant Assistant
注: S t u d e n t Student Student 和 T e a c h e r Teacher Teacher 都要给虚继承,不能只给其中一个虚继承
那这样算不算菱形继承呢?
算的,菱形继承并不是看是否构成菱形,而是看某个类是否被重复继承,是否产生数据冗余和二义性。
那如果我们要加虚继承,该加在哪里呢?
B B B 和 C C C。因为虚继承是:谁会产生数据冗余和二义性,谁继承它时就要虚继承。在 E E E 中是 A A A 有数据冗余二义性,所以 B B B、 C C C 继承 A A A 时使用虚继承
那能不能全部加上虚继承呢? D D D 和 E E E 都加上
不要,毕竟是药三分毒。
总结:单继承和多继承可以用,但使用多继承时不要设计出菱形继承
7.4 多继承中的指针偏移问题
下面说法中正确的是()A:p1 == p2 == p2 B:p1 < p2 < p3 C:p1 == p3 != p2 D:p1 != p2 != p3 E:p2 == p3 != p1
class Base1 { public: int _b1; };class Base2 { public: int _b2; };class Derive : public Base2, public Base1 { public: int _d; };int main(){Derive d;Base1* p1 = &d;Base2* p2 = &d;Derive* p3 = &d;return 0;}
要做对这道题,我们要知道下面两个知识点:
子类给给父类的对象/指针/引用,会发生切片;子类对象给子类指针,指向的是整个子类对象
,子类对象给父类指针,指向的是子类对象中父类的那一部分
多继承对象在内存中的声明是先继承的基类在前⾯,后⾯继承的基类在后⾯,派⽣类成员在放到最后⾯
首先, p 3 p3 p3 指向开始肯定是没问题的。对 p 2 p2 p2:将子类对象给父类指针,其会指向子类中父类的那一部分, p 2 p2 p2 指向 B a s e 2 Base2 Base2,因为 B a s e 2 Base2 Base2 先继承
,所以 p 2 p2 p2 也指向开始
。 p 1 p1 p1 则指向子类对象 B a s e 1 Base1 Base1 的部分, p 1 p1 p1 不可能再指向开始,它发生了偏移
。这题选 E
8 组合与继承
p u b l i c public public 继承是一种 i s is is- a a a 的关系。也就是说每个子类对象都是一个父类对象组合 是一种 h a s has has- a a a 的关系。假设 B B B 组合了 A A A,每个 B 对象都有一个 A 对象什么意思呢?我举个例子大家就明白了
//组合class Stack{public://成员函数private:vector<int> v;};//继承class Stack : public vector<int>{};
我们再来看下 i s is is- a a a 与 h a s has has- a a a:
组合
是一种 h a s has has- a a a 的关系:栈有一个数组继承
是一种 i s is is- a a a 的关系:栈是一个数组
继承允许你根据父类的实现定义子类的实现。这种通过生成子类的复用通常称为白箱复用(white-box reuse)。术语“白箱”是相对可视性而言:在继承方式中,父类的内部细节对子类可见。继承一定程度破坏了父类的封装,父类的改变,对子类有很大的影响。子类和父类间的
依赖关系很强,耦合度很高
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类获得。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的封装什么是黑什么是白呢?
测试中分为黑盒测试和白盒测试
白盒测试明显比黑盒测试更难
那是耦合度高好还是耦合度低好呢?肯定是耦合度低好
比如现在有两个模块,模块一有100个接口函数,且全部对模块二透明,那模块二就能使用模块一的任意多个函数接口来实现自己的功能。但如果模块一今天把这个函数的参数类型改了,明天吧那个函数的参数个数给改了,因为模块二是依赖模块一的,模块二也只能跟着改。
但如果模块一虽然有100个函数接口,但只提供5个最关键函数接口给模块二。这时,两模块之间的耦合度就大大降低,只要模块一不改那5个函数,其他95个函数随便改都不影响模块二。
所以软件工程中提出了一个低耦合、高内聚的概念。高内聚可以认为是一个模块里面关系越紧密越好, 没关系的就拿出去
所以两个类的关系是继承好还是组合好呢?明显是组合更好
,因为继承关系下,父类的任何改动都可能会影响子类
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。不过也不是那么绝对,类之间的关系更适合继承( i s is is- a a 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( i s is is- a a a)也适合组合( h a s has has- a a a),就用组合。
比如: T i r e Tire Tire(轮胎) 和 C a r Car Car(车) 更符合 h a s has has- a a 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"; // ⻋牌号Tire _t1; // 轮胎Tire _t2; // 轮胎Tire _t3; // 轮胎Tire _t4; // 轮胎};
车 h a s has has- a a a 轮胎是正常的,但车 i s is is- a a a 轮胎就是错的
但 C a r Car Car 和 B M W BMW BMW / B e n z Benz Benz(宝马/奔驰)更符合 i s is is- a a a 的关系
class BMW : public Car {public:void Drive() { cout << "好开-操控" << endl; }};// Car和BMW/Benz更符合is-a的关系class Benz : public Car {public:void Drive() { cout << "好坐-舒适" << endl; }};
只能说宝马/奔驰 i s is is- a a a 车,不能说宝马/奔驰 h a s has has- a a a 车
//组合class Stack{public://成员函数private:vector<int> v;};//继承class Stack : public vector<int>{};
但既可以说:栈有一个数组,也可以说:栈是一个数组,这种情况下优先使用组合。
判断两个类型适合组合还是继承,就用 i s is is- a a a 和 h a s has has- a a a 来判断
好啦,本期关于 priority_queue 与仿函数 的知识就介绍到这里啦,希望本期博客能对你有所帮助。同时,如果有错误的地方请多多指正,让我们在 C++ 的学习路上一起进步!