关于对象那些事儿 ~~ 继承
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关于继承
随着软件功能的日益完善，随之而来的就是软件的也越来越大，变得难以维护。传统的面向 过程的编程范式难以满足日益丰富的用户需求，因此需要一种新的编程范式来应对这种 复杂的需求。面向对象在这个时候出现，很好的解决了这些难题。它是一种软件开发方法， 利用对世界关系的分析方法来分析复杂软件体系关系，实践证明这是可行的。
何为对象
世界的所有事物都可以抽象为一个对象，一个对象拥有基本的属性以及作用在这些属性上 的功能。举个简单的例子：人为一个对象，有基本属性（身高、体重等），以及功能 （吃饭、说话等）。在面向对象的软件开发方法中，有三大特性：继承、封装及多态。今天 的主角是继承。
何为继承
每个对象的可以抽象为不同的级别，我们将有某些共同属性或功能抽象成一个基类对象，然 后让派生类来继续延用（继承）公用的属性或功能。同样举个简单例子：父亲是一个基类或 父类，小孩就是派生类或子类，小孩会继承父亲遗传的某些性状（如血型）。
继承是实现代码重用的重要手段，直接使用基类对象的属性和方法，呈现面向对象程序设计
的层次结构，体现由简单到复杂、一般到特殊的认知过程。继承的方式有三种： public 继承、
protected 继承、 private 继承。编译器通过三种方式对应的限定符进行区分。
public 继承
公有继承是比较常见的继承方式，通过 public 关键字来表明。
public 继承权限
- 父类的
public成员继承为子类的public成员，子类可以访问。 - 父类的
protected成员继承为子类的protected成员，子类成员函数可以访问。 - 父类的
private成员仍为 父类 的private成员，子类不可以访问。
实例
#include <iostream>
class Base {
public:
int int_pub = 0;
protected:
int int_pro = 0;
private:
int int_pri = 0;
};
class Derive : public Base {
public:
void print() {
std::cout << "print:" << int_pub << std::endl;
std::cout << "print:" << int_pro << std::endl;
// std::cout << "print:" << int_pri << std::endl;
}
};
int main() {
Derive d;
std::cout << "main:" << d.int_pub << std::endl;
// std::cout << "main:" << d.int_pro << std::endl;
d.print();
return 0;
}
在子类的成员函数种访问父类的 private 会出错，错误信息也会提示这是 Base 的私
有成员。子类直接访问继承的 protected 成员也会报错。
protected 继承
保护继承通过 protected 关键字限定表明。
protected 继承权限
- 父类的
public成员继承为子类的protected成员，可通过成员函数访问。 - 父类的
protected成员继承为子类的protected成员，可通过成员函数访问。 - 父类的
private成员仍为 父类 的private成员，子类不可以访问。
实例
#include <iostream>
class Base {
public:
int int_pub = 0;
protected:
int int_pro = 0;
private:
int int_pri = 0;
};
class Derive : protected Base {
public:
void print() {
std::cout << "print:" << int_pub << std::endl;
std::cout << "print:" << int_pro << std::endl;
// std::cout << "print:" << int_pri << std::endl;
}
};
int main() {
Derive d;
// std::cout << "main:" << d.int_pub << std::endl;
// std::cout << "main:" << d.int_pro << std::endl;
d.print();
return 0;
}
通过对象直接访问继承自父类的 public 成员会出错。
private 继承
私有继承通过 private 关键字限定表明。
protected 继承权限
- 父类的
public成员继承为子类的private成员，可通过成员函数访问。 - 父类的
protected成员继承为子类的private成员，可通过成员函数访问。 - 父类的
private成员仍为 父类 的private成员，子类不可以访问。
实例
#include <iostream>
class Base {
public:
int int_pub = 0;
protected:
int int_pro = 0;
private:
int int_pri = 0;
};
class Derive : protected Base {
public:
void print() {
std::cout << "print:" << int_pub << std::endl;
std::cout << "print:" << int_pro << std::endl;
// std::cout << "print:" << int_pri << std::endl;
}
};
int main() {
Derive d;
// std::cout << "main:" << d.int_pub << std::endl;
// std::cout << "main:" << d.int_pro << std::endl;
d.print();
return 0;
}
访问和 protected 是一样。这里说明 private 和 protected 的异同：继承权限不
一样，前者不可继承后者可以；访问权限是一样的，都必须通过成员函数才能访问。
虚继承
虚继承的出现是用来解决多继承的对象多次被继承带来的问题。普通继承在不同途径继承来 自同一基类的子孙类中存在多份拷贝。这将存在两个问题：其一，浪费存储空间；第二，存 在二义性问题，通常可以将派生类对象的地址赋值给基类对象，实现的具体方式是，将基类 指针指向继承类（继承类有基类的拷贝）中的基类对象的地址，但是多重继承可能存在一个 基类的多份拷贝，这就出现了二义性。
虚继承可以解决多种继承前面提到的两个问题：
虚继承底层实现原理与编译器相关，一般通过虚基类指针和虚基类表实现，每个虚继承的子 类都有一个虚基类指针（占用一个指针的存储空间，4字节）和虚基类表（不占用类对象的 存储空间）（需要强调的是，虚基类依旧会在子类里面存在拷贝，只是仅仅最多存在一份而 已，并不是不在子类里面了）；当虚继承的子类被当做父类继承时，虚基类指针也会被继承。
实际上，vbptr指的是虚基类表指针（virtual base table pointer），该指针指 向了一个虚基类表（virtual table），虚表中记录了虚基类与本类的偏移地址；通过 偏移地址，这样就找到了虚基类成员，而虚继承也不用像普通多继承那样维持着公共基类 （虚基类）的两份同样的拷贝，节省了存储空间。
在这里我们可以对比虚函数的实现原理：他们有相似之处，都利用了虚指针（均占用类的 存储空间）和虚表（均不占用类的存储空间）。
虚基类依旧存在继承类中，只占用存储空间；虚函数不占用存储空间。
虚基类表存储的是虚基类相对直接继承类的偏移；而虚函数表存储的是虚函数地址。
实例
- 普通继承
#include<iostream>
using namespace std;
class A //大小为4
{
public:
int a;
};
class B :public A //大小为8，变量a,b共8字节
{
public:
int b;
};
class C :public A //与B一样8
{
public:
int c;
};
class D :public B, public C //大小为20,变量 2xa + b + c + d = 20
{
public:
int d;
};
int main()
{
A a;
B b;
C c;
D d;
cout << "A " << sizeof(a) << endl;
cout << "B " << sizeof(b) << endl;
cout << "C " << sizeof(c) << endl;
cout << "D " << sizeof(d) << endl;
return 0;
}
- 虚继承
#include<iostream>
using namespace std;
class A //大小为4
{
public:
int a;
};
class B :virtual public A //大小为16，变量a,b共8字节，虚基类表指针8
{
public:
int b;
};
class C :virtual public A //与B一样16
{
public:
int c;
};
class D :public B, public C
//大小为40,变量a,b,c,d共16，B的虚基类指针8，C的虚基类指针8,D类的虚指针8
//也可以这样算： B, C 一共 32, d占4字节，D虚指针8,一共44, 减去B,C重复的A，得 40
{
public:
int d;
};
int main()
{
A a;
B b;
C c;
D d;
cout << "A " << sizeof(a) << endl;
cout << "B " << sizeof(b) << endl;
cout << "C " << sizeof(c) << endl;
cout << "D " << sizeof(d) << endl;
return 0;
}
从上面的两个例子中可以看出，在普通继承中的通过不同途径继承自同一继承祖先类的子孙 类中包含多份拷贝，在大型的软件系统中，这很浪费资源。
虚继承与虚函数
这两者是完全不同的概念，虚继承是解决多重继承带来的两个问题；而虚函数是为了实现多 态。
总结
这篇是对面向对象三大特性之一进行简单的介绍，重点还是要理解继承权限的关系以及虚继 承和普通继承的内存布局，不要把虚继承和虚函数的弄混淆。