C++中的继承：从基础到复杂
目录
前言
1. 继承的基本概念
2. 继承方式与访问控制
3. 派生类与基类的对象转换
4. 继承中的作用域
5. 派生类的默认成员函数
6. 继承中的特殊关系
6.1 继承与友元
6.2 继承与静态成员
7. 复杂的菱形继承问题
8. 继承与组合的选择
9. 常见面试题
总结
前言
继承是面向对象编程中最重要的概念之一，它允许我们创建新的类（派生类）基于已有类（基类）的特性进行扩展。在C++中，继承机制提供了代码复用的强大手段，同时也带来了许多需要注意的细节和复杂性。本文将全面介绍C++中的继承机制，从基本概念到高级应用，帮助读者深入理解这一重要主题。
1. 继承的基本概念
继承允许派生类复用基类的成员（包括成员变量和成员函数），同时可以添加新的特性或修改现有行为。这种机制体现了面向对象编程中"由简单到复杂"的认知过程。
class Person {
public:void Print() {cout << "name:" << _name << endl;cout << "age:" << _age << endl;}
protected:string _name = "peter";int _age = 18;
};class Student : public Person {
protected:int _stuid; // 学号
};
在这个例子中，`Student`类通过公有继承获得了`Person`类的所有成员，同时添加了自己的特有成员`_stuid`。
2. 继承方式与访问控制
C++提供了三种继承方式：public、protected和private。不同的继承方式会影响基类成员在派生类中的访问权限。
基类成员/继承方式 | public继承 | protected继承 | private继承 |
public成员 | public | protected | private |
protected成员 | protected | protected | private |
private成员 | 不可见 | 不可见 | 不可见 |
重要规则：
1. 基类的private成员在派生类中不可见
2. 成员在派生类中的访问权限 = min(成员在基类的访问权限, 继承方式)
3. class默认private继承，struct默认public继承（但建议显式指定）
3. 派生类与基类的对象转换
派生类对象可以赋值给基类对象/指针/引用，这种现象称为"切片"或"切割"。
Student sobj;
Person pobj = sobj; // 切片
Person* pp = &sobj; // 指针
Person& rp = sobj; // 引用
但反过来不行，除非使用强制类型转换（需谨慎使用）。
4. 继承中的作用域
基类和派生类有独立的作用域。当派生类与基类有同名成员时，派生类成员会隐藏基类成员（称为"隐藏"或"重定义"）。
class Person {
protected:int _num = 111; // 身份证号
};class Student : public Person {
public:void Print() {cout << "身份证号:" << Person::_num << endl; // 显式访问cout << "学号:" << _num << endl;}
protected:int _num = 999; // 学号
};
5. 派生类的默认成员函数
派生类的6个默认成员函数有其特殊性：
1. 构造函数必须调用基类构造函数初始化基类部分
2. 拷贝构造必须调用基类拷贝构造
3. operator=必须调用基类operator=
4. 析构函数会自动调用基类析构函数（先派生后基类）
5. 对象初始化顺序：先基类构造，再派生类构造
6. 对象析构顺序：先派生类析构，再基类析构
6. 继承中的特殊关系
6.1 继承与友元
友元关系不能继承，基类的友元不能访问派生类的私有和保护成员。
6.2 继承与静态成员
基类定义的静态成员在整个继承体系中只有一个实例，无论派生出多少子类。
class Person {
public:static int _count; // 统计人数
};
int Person::_count = 0;class Student : public Person { /*...*/ };
class Graduate : public Student { /*...*/ };// 所有类共享同一个_count
7. 复杂的菱形继承问题
菱形继承是多继承的一种特殊情况，会导致数据冗余和二义性问题。
class Person { /*...*/ };
class Student : public Person { /*...*/ };
class Teacher : public Person { /*...*/ };
class Assistant : public Student, public Teacher { /*...*/ };
解决方案是使用**虚拟继承**：
class Student : virtual public Person { /*...*/ };
class Teacher : virtual public Person { /*...*/ };
class Assistant : public Student, public Teacher { /*...*/ };
虚拟继承通过虚基表指针和虚基表解决数据冗余和二义性问题。
8. 继承与组合的选择
- 继承表示"is-a"关系（如BMW是一种Car）
- 组合表示"has-a"关系（如Car有Tire）
设计原则：
1. 优先使用对象组合而非类继承
2. 继承会破坏封装，增加耦合度
3. 组合保持类封装，耦合度低
4. 需要多态时必须使用继承
// 继承示例
class BMW : public Car { /*...*/ };// 组合示例
class Car {
protected:Tire _t; // 轮胎
};
9. 常见面试题
1. 什么是菱形继承？它的问题是什么？
2. 虚拟继承如何解决数据冗余和二义性？
3. 继承和组合的区别？何时使用它们？
总结
C++的继承机制强大但复杂，特别是多继承和菱形继承。理解继承的各种细节对于编写健壮、可维护的面向对象代码至关重要。在实际开发中，应当谨慎使用多继承，优先考虑组合而非继承，只有在确实需要表达"is-a"关系或实现多态时才使用继承。
通过本文的学习，希望读者能够掌握C++继承的核心概念，理解其底层原理，并能够在实际项目中做出恰当的设计选择。