2013年計(jì)算機(jī)等考二級(jí)C++考點(diǎn)歸納：繼承與派生

　　第7章 繼承與派生

　　7.1 繼承與派生

　　1、�被�本概念

　　派生類從基類繼承了各種成員的關(guān)系就稱為繼承。

　　類的繼承是新的類從已有類那里得到已有的特性。從已有的類產(chǎn)生新類的過程就是類的派生。在繼承過程中，原有的類或已經(jīng)存在的用來(lái)派生新類的類稱為基類或父類，而由已經(jīng)存在的類派生出的新類則稱為派生類或子類。

　　從派生類的角度，根據(jù)它所擁有的基類數(shù)目不同，可以分為單繼承和多繼承。一個(gè)類只有一個(gè)直接基類時(shí)，稱為單繼承;而一個(gè)類同時(shí)有多個(gè)直接基類時(shí)，則稱為多繼承。

　　從上面的描述可知，任何一個(gè)類都可以派生出一個(gè)新類，派生類也可以再派生出新類，因此，基類和派生類是相對(duì)而言的，一個(gè)基類可以是另一個(gè)基類的派生類，從而形成了復(fù)雜的繼承結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)了類的層次�；�類與派生類之間的關(guān)系如下：

　　(1)基類是對(duì)派生類的抽象，派生類是對(duì)基類的具體化�；�類抽取了它的派生類的公共特征，而派生類通過增加信息將抽象的基類變?yōu)槟撤N有用的類型，派生類是基類定義的延續(xù)。

　　(2)派生類是基類的組合。多繼承可以看作是多個(gè)單繼承的簡(jiǎn)單組合。

　　(3)公有派生類的對(duì)象可以作為基類的對(duì)象處理。這一點(diǎn)與類聚集(成員對(duì)象)是不同的，在類聚集(成員對(duì)象)中，一個(gè)類的對(duì)象只能擁有作為其成員的其他類的對(duì)象，但不能作為其他類對(duì)象而使用。

　　2、�迸缮�類的定義與構(gòu)成

　　定義派生類的一般格式如下：

　　class<派生類名>:<繼承方式1><基類名1>,

　　<繼承方式2><基類名2>,

　　……，

　　<繼承方式n><基類名n>

　　{

　　<派生類新定義成員>

　　};

　　其中，<基類名>是已有的類的名稱，<派生類名>是繼承原有類的特性而生成的新類的名稱。單繼承時(shí)，只需定義一個(gè)基類;多繼承時(shí)，需同時(shí)定義多個(gè)基類。

　　<繼承方式>即派生類的訪問控制方式，用于控制基類中聲明的成員在多大的范圍內(nèi)能被派生類的用戶訪問。每一個(gè)繼承方式，只對(duì)緊隨其后的基類進(jìn)行限定。繼承方式包括3種：公有繼承(public)、私有繼承(private)和保護(hù)繼承(protected)。如果不顯式地給出繼承方式，缺省的類繼承方式是私有繼承private.

　　7.2 派生類的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)

　　1、�迸缮�類構(gòu)造函數(shù)的一般格式如下：

　　<派生類名>::<派生類名>(<總參數(shù)表>)：<基類名1>(參數(shù)表1)，

　　……

　　<基類名n>(<參數(shù)表n>)，

　　<成員對(duì)象名1>(<參數(shù)表n+1>)，

　　……，

　　<成員對(duì)象名m>(<參數(shù)表n+m>)

　　{

　　<派生類構(gòu)造函數(shù)體>

　　}

　　派生類的構(gòu)造函數(shù)名與類名相同。在構(gòu)造函數(shù)的參數(shù)表中，給出了初始化基類數(shù)據(jù)、成員對(duì)象數(shù)據(jù)以及新增的其他數(shù)據(jù)成員所需要的全部參數(shù)。在參數(shù)表之后，列出需要使用參數(shù)進(jìn)行初始化的基類名和成員對(duì)象名以及各自的參數(shù)名，各項(xiàng)之間使用逗號(hào)分隔。注意對(duì)基類成員和新增成員對(duì)象的初始化必須在成員初始化列表中進(jìn)行。

　　當(dāng)派生類有多個(gè)基類時(shí)，處于同一層次的各個(gè)基類的構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用順序取決于定義派生類時(shí)聲明的順序(自左向右)，而與在派生類構(gòu)造函數(shù)的成員初始化列表中給出的順序無(wú)關(guān)。如果派生類的基類也是一個(gè)派生類，則每個(gè)派生類只需負(fù)責(zé)它的直接基類的構(gòu)造，依次上溯。

　　當(dāng)派生類中有多個(gè)成員對(duì)象時(shí)，各個(gè)成員對(duì)象構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用順序也取決于在派生類中定義的順序(自上而下)，而與在派生類構(gòu)造函數(shù)的成員初始化列表中給出的順序無(wú)關(guān)。

　　建立派生類對(duì)象時(shí)，構(gòu)造函數(shù)的執(zhí)行順序如下：

　　(1)執(zhí)行基類的構(gòu)造函數(shù)，調(diào)用順序按照各個(gè)基類被繼承時(shí)聲明的順序(自左向右);

　　(2)執(zhí)行成員對(duì)象的構(gòu)造函數(shù)，調(diào)用順序按照各個(gè)成員對(duì)象在類中聲明的順序(自上而下);

　　(3)執(zhí)行派生類的構(gòu)造函數(shù)。

　　派生類的構(gòu)造函數(shù)只有在需要的時(shí)候才必須定義。派生類構(gòu)造函數(shù)提供了將參數(shù)傳遞給基類構(gòu)造函數(shù)的途徑，以保證在基類進(jìn)行初始化時(shí)能夠獲得必要的數(shù)據(jù)。因此，如果基類的構(gòu)造函數(shù)定義了一個(gè)或多個(gè)參數(shù)時(shí)，派生類必須定義構(gòu)造函數(shù)。

　　如果基類中定義了缺省構(gòu)造函數(shù)或根本沒有定義任何一個(gè)構(gòu)造函數(shù)(此時(shí)，由編譯器自動(dòng)生成缺省構(gòu)造函數(shù))時(shí)，在派生類構(gòu)造函數(shù)的定義中可以省略對(duì)基類構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用，即省略“<基類名>(<參數(shù)表>)”.成員對(duì)象的情況與基類相同。

　　當(dāng)所有的基類和成員對(duì)象的構(gòu)造函數(shù)都可以省略，并且也可以不在成員初始化列表中對(duì)其他數(shù)據(jù)成員進(jìn)行初始化時(shí)，可以省略派生類構(gòu)造函數(shù)的成員初始化列表。

　　2、�迸缮�類的析構(gòu)函數(shù)

　　與構(gòu)造函數(shù)相同，派生類的析構(gòu)函數(shù)在執(zhí)行過程中也要對(duì)基類和成員對(duì)象進(jìn)行操作，但它的執(zhí)行過程與構(gòu)造函數(shù)嚴(yán)格相反，即：

　　(1)對(duì)派生類新增普通成員進(jìn)行清理。

　　(2)調(diào)用成員對(duì)象析構(gòu)函數(shù)，對(duì)派生類新增的成員對(duì)象進(jìn)行清理。

　　(3)調(diào)用基類析構(gòu)函數(shù)，對(duì)基類進(jìn)行清理。

　　派生類析構(gòu)函數(shù)的定義與基類無(wú)關(guān)，與沒有繼承關(guān)系的類中的析構(gòu)函數(shù)的定義完全相同。它只負(fù)責(zé)對(duì)新增普通成員的清理工作，系統(tǒng)會(huì)自己調(diào)用基類及成員對(duì)象的析構(gòu)函數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的清理工作。

　　7.3 多繼承與虛基類

　　1、�倍嗬^承中的二義性問題

　　在派生類中對(duì)基類成員的訪問應(yīng)該是唯一的。但是，在多繼承情況下，可能造成對(duì)基類中某個(gè)成員的訪問出現(xiàn)了不唯一的情況，這時(shí)就稱對(duì)基類成員的訪問產(chǎn)生了二義性。

　　要解決這一問題，有兩種方法：

　　(1)通過作用域運(yùn)算符(：：)明確指出訪問的是基類Basel的fun()函數(shù)，還是基類Base2的fun()函數(shù)。

　　使用作用域運(yùn)算符進(jìn)行限定的一般格式是：

　　<對(duì)象名>.<基類名>::<成員名>

　　//數(shù)據(jù)成員

　　<對(duì)象名>.<基類名>::<成員名>(參數(shù)表>)

　　//成員函數(shù)

　　(2)在類中定義同名成員

　　對(duì)于在不同的作用域中聲明的標(biāo)識(shí)符的可見性原則是：如果存在兩個(gè)或多個(gè)具有包含關(guān)系的作用域，外層聲明的標(biāo)識(shí)符如果在內(nèi)層沒有聲明同名標(biāo)識(shí)符，那么它在內(nèi)層可見;如果內(nèi)層聲明了同名標(biāo)識(shí)符，則外層標(biāo)識(shí)符在內(nèi)層不可見，這時(shí)稱內(nèi)層變量覆蓋了外層同名變量。

　　在類的繼承層次結(jié)構(gòu)中，基類的成員和派生類新增的成員都具有類作用域，二者的作用范圍不同，是相互包含的兩個(gè)層，派生類在內(nèi)層。這時(shí)，如果派生類定義了一個(gè)和某個(gè)基類成員同名的新成員(如果是成員函數(shù)，則參數(shù)表也要相同，參數(shù)不同的情況屬于重載)，派生的新成員就覆蓋了外層同名成員，直接使用成員名只能訪問到派生類的成員。

　　2、�碧摶�類的定義

　　當(dāng)一個(gè)派生類從多個(gè)基類派生，而這些基類又有一個(gè)共同的基類，當(dāng)對(duì)該基類中說(shuō)明的成員進(jìn)行訪問時(shí)，可能出現(xiàn)二義性。虛基類就是為了解決這種二義性問題提出來(lái)的。

　　在產(chǎn)生二義性問題的第二種情況中，產(chǎn)生二義性的最主要的原因是基類Base在派生類Derived2中產(chǎn)生了兩個(gè)基類子對(duì)象，從而導(dǎo)致了對(duì)基類Base的成員data訪問的不唯一性。要解決這個(gè)問題，只需使這個(gè)公共基類Base在派生類中只產(chǎn)生一個(gè)子對(duì)象即可。虛基類就可以完成這個(gè)任務(wù)。

　　虛基類的說(shuō)明格式如下：

　　class<類名>:virtual<繼承方式><基類名>

　　其中，關(guān)鍵字virtual與繼承方式的位置無(wú)關(guān)，但必須位于虛基類名之前，且virtual只對(duì)緊隨其后的基類名起作用。

　　3、�碧摶�類的構(gòu)造函數(shù)

　　使用虛基類解決二義性問題的關(guān)鍵是在派生類中只產(chǎn)生一個(gè)虛基類子對(duì)象。為初始化基類子對(duì)象，派生類的構(gòu)造函數(shù)要調(diào)用基類的構(gòu)造函數(shù)。對(duì)于虛基類，由于派生類的對(duì)象中只有一個(gè)虛基類子對(duì)象，所以，在建立派生類的一個(gè)對(duì)象時(shí)，為保證虛基類子對(duì)象只被初始化一次，這個(gè)虛基類構(gòu)造函數(shù)必須只被調(diào)用一次。雖然繼承結(jié)構(gòu)的層次可能很深，但要建立的對(duì)象所屬的類只是這個(gè)繼承結(jié)構(gòu)中間的某個(gè)類，因此將在建立對(duì)象時(shí)所指定的類稱為最派生類。虛基類子對(duì)象由最派生類的構(gòu)造函數(shù)通過調(diào)用虛基類的構(gòu)造函數(shù)進(jìn)行初始化。所以，最派生類的構(gòu)造函數(shù)的成員初始化列表中必須列出對(duì)虛基類構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用;如果未列出，則表示使用該虛基類的缺省構(gòu)造函數(shù)。

　　由于最派生類總是相對(duì)的，因此，從虛基類直接或間接派生的派生類中的構(gòu)造函數(shù)的成員初始化列表中都要列出對(duì)虛基類構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用。但只有用于建立對(duì)象的最派生類的構(gòu)造函數(shù)才調(diào)用虛基類的構(gòu)造函數(shù)，此時(shí)最派生類的所有基類中列出的對(duì)虛基類的構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用在執(zhí)行過程中都被忽略，從而保證對(duì)虛基類子對(duì)象只初始化一次。

　　當(dāng)在一個(gè)成員初始化列表中同時(shí)出現(xiàn)對(duì)虛基類和非虛基類構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用時(shí)，虛基類的構(gòu)造函數(shù)先于非虛基類的構(gòu)造函數(shù)執(zhí)行。

　　7.4 子類型關(guān)系

　　公有繼承時(shí)，派生類的對(duì)象可以作為基類的對(duì)象處理，派生類是基類的子類型。

　　子類型關(guān)系使得在需要基類對(duì)象的任何地方都可以使用公有派生類的對(duì)象來(lái)替代，從而可以使用相同的函數(shù)統(tǒng)一處理基類對(duì)象和公有派生類對(duì)象(形參為基類對(duì)象時(shí)，實(shí)參可以是派生類對(duì)象)，而不必為每一個(gè)類設(shè)計(jì)單獨(dú)的處理程序，大大提高了程序的效率。它是實(shí)現(xiàn)多態(tài)性的重要基礎(chǔ)之一。

　　子類型關(guān)系的定義如下：

　　有一個(gè)特定的類型S,當(dāng)且僅當(dāng)它提供了類型T的行為時(shí)，稱類型S是類型T的子類型。

　　公有派生類的對(duì)象可以賦值給基類的對(duì)象。實(shí)際上不僅如此，具有子類型關(guān)系的基類和派生類的對(duì)象之間滿足如下賦值兼容規(guī)則：

　　(1)公有派生類的對(duì)象可以賦值給基類的對(duì)象，即用公有派生類對(duì)象中從基類繼承來(lái)的成員，逐個(gè)賦值給基類對(duì)象的成員。

　　(2)公有派生類的對(duì)象可以初始化基類的引用。

　　(3)公有派生類的對(duì)象的地址可以賦值給指向基類的指針。

　　7.5 虛函數(shù)與多態(tài)性

　　1、�倍鄳B(tài)性的概念

　　一個(gè)面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)常常要求一組具有相同基本語(yǔ)義的方法能在同一接口下為不同的對(duì)象服務(wù)，這就是所謂多態(tài)性(polymorphism)。

　　在C+ +語(yǔ)言中，多態(tài)性可分為兩類：編譯時(shí)的多態(tài)性和運(yùn)行時(shí)的多態(tài)性。

　　編譯時(shí)的多態(tài)性是通過函數(shù)重載和模板體現(xiàn)的。利用函數(shù)重載機(jī)制，在調(diào)用同名的函數(shù)時(shí)，編譯系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)參的具體情況確定所調(diào)用的是同名函數(shù)中的哪一個(gè)。利用函數(shù)模板，編譯系統(tǒng)可根據(jù)模板實(shí)參以及模板函數(shù)實(shí)參的具體情況確定所要調(diào)用的是哪個(gè)函數(shù)，并生成相應(yīng)的函數(shù)實(shí)例;利用類模板，編譯系統(tǒng)可根據(jù)模板實(shí)參的具體情況確定所要定義的是哪個(gè)類的對(duì)象，并生成相應(yīng)的類實(shí)例。由于有關(guān)操作所針對(duì)的具體目標(biāo)(函數(shù)或類)的確定都是在編譯時(shí)完成的，與運(yùn)行時(shí)的動(dòng)態(tài)環(huán)境無(wú)關(guān)，“編譯時(shí)的多態(tài)性”因此而得名，其實(shí)現(xiàn)機(jī)制則和為靜態(tài)綁定(static binding,也譯作靜態(tài)聯(lián)編)。函數(shù)重載是“函數(shù)”一章中已經(jīng)學(xué)習(xí)過的內(nèi)容，但其中沒有包含函數(shù)重載的一種特殊情況：運(yùn)算符重載。

　　2、�碧摵瘮�(shù)

　　在成員函數(shù)聲明的前面加上virtual修飾，即把該函數(shù)聲明為虛函數(shù)。虛函數(shù)可以是另一個(gè)類的友元函數(shù)，但不得是靜態(tài)成員函數(shù)。

　　在派生類中可以重新定義從基類繼承下來(lái)的虛函數(shù)，從而提供該函數(shù)的適用于派生類的專門版本。也可能并不需要重新定義，在這種情況下，繼承下來(lái)的虛函數(shù)仍然保持其在基類中的定義，即派生類和基類使用同一函數(shù)版本。除少數(shù)特殊情況外，在派生類中重定義虛函數(shù)時(shí)，函數(shù)名、形參表和返回值類型必須保持不變。

　　虛函數(shù)在派生類被重定義后，重定義的函數(shù)仍然是一個(gè)虛函數(shù)，可以在其派生類中再次被重定義。注意，對(duì)于虛函數(shù)的重定義函數(shù)，無(wú)論是否用virtual修飾都是虛函數(shù)。當(dāng)然，最好不要省略virtual修飾，以免削弱程序的可讀性。

　　對(duì)虛函數(shù)的調(diào)用有兩種方式：非多態(tài)調(diào)用和多態(tài)調(diào)用。非多態(tài)調(diào)用是指不借助于指針或引用的直接調(diào)用。非多態(tài)調(diào)用總是通過成員訪問運(yùn)算符 .進(jìn)行的。與通常的成員函數(shù)調(diào)用類似，非多態(tài)調(diào)用是建立在靜態(tài)綁定機(jī)制的基礎(chǔ)之上的，不具備多態(tài)性特征。多態(tài)調(diào)用是指借助于指向基類的指針或引用的調(diào)用。在C+ +中，一個(gè)基類指針(或引用)可以用于指向它的派生類對(duì)象，而且通過這樣的指針(或引用)調(diào)用虛函數(shù)時(shí)，被調(diào)用的是該指針(或引用)實(shí)際所指向的對(duì)象類的那個(gè)重定義版本。

　　基類中的實(shí)函數(shù)也可以在派生類中重定義，但重定義的函數(shù)仍然是實(shí)函數(shù)。在實(shí)函數(shù)的情況下，通過基類指針(或引用)所調(diào)用的只能是基類的那個(gè)函數(shù)版本，無(wú)法調(diào)用到派生類中的重定義函數(shù)。也就是說(shuō)，盡管調(diào)用的語(yǔ)法形式可能是相同的，但對(duì)實(shí)函數(shù)的任何形式的調(diào)用都是非多態(tài)的。注意，無(wú)論是虛函數(shù)還是實(shí)函數(shù)，在派生類中被重定義后，原來(lái)的函數(shù)版本即被隱藏，在通過成員訪問運(yùn)算符 .直接調(diào)用該函數(shù)時(shí)，所調(diào)用的是重定義版本。但原來(lái)的版本依然存在，仍然可以通過在函數(shù)名前加域修飾(即：<類名>::)來(lái)調(diào)用它們。

　　3、�碧撐鰳�(gòu)函數(shù)

　　析構(gòu)函數(shù)也可以通過virtual修飾而聲明為虛函數(shù)。虛析構(gòu)函數(shù)與一般虛函數(shù)的不同之處在于：

　　(1)重定義函數(shù)就是派生類的析構(gòu)函數(shù)，不要求同名。

　　(2)一個(gè)虛析構(gòu)函數(shù)的版本被調(diào)用執(zhí)行后，接著就要調(diào)用執(zhí)行基類版本，依次類推，直到調(diào)用執(zhí)行了派生序列的最開始的那個(gè)虛析構(gòu)函數(shù)版本為止。

　　通常，只要派生類中包含有虛函數(shù)的重定義(從而有可能被多態(tài)調(diào)用)，而且對(duì)析函數(shù)進(jìn)行了專門的聲明(而不是不做任何聲明，從而采用默認(rèn)的析構(gòu)函數(shù))，其基類的析構(gòu)函數(shù)就應(yīng)當(dāng)聲明為虛函數(shù)，否則就可能出問題。

　　4、�奔兲摵瘮�(shù)與抽象類

　　在某些情況下，基類無(wú)法確定(或無(wú)法完全確定)一個(gè)虛函數(shù)的具體操作方式或內(nèi)容，只能靠派生類來(lái)提供各個(gè)具體的實(shí)現(xiàn)版本�；�類中的這種必須靠派生類提供重定義版本的虛函數(shù)稱為純虛函數(shù)。為了將一個(gè)虛函數(shù)聲明為純虛函數(shù)，需要在虛函數(shù)原形的語(yǔ)句結(jié)束符 ;之前加上=0.

　　擁有純虛函數(shù)的類稱為抽象類，抽象類不能用來(lái)定義對(duì)象。如果一抽象類的派生類沒有重定義來(lái)自基類的某個(gè)純虛函數(shù)，則該函數(shù)在派生類中仍然是純虛函數(shù)，這就使得該派生類也成為抽象類。也就是說(shuō)，一個(gè)派生類可以把重定義純虛函數(shù)的任務(wù)進(jìn)一步轉(zhuǎn)交給它自己的派生類。

　　可以在將一個(gè)函數(shù)聲明為純虛函數(shù)的同時(shí)，為該函數(shù)提供實(shí)現(xiàn)版本。換句話說(shuō)，一個(gè)函數(shù)是否為純虛函數(shù)，取決于其原形的尾部是否為“=0”,與實(shí)現(xiàn)版本的有無(wú)沒有什么關(guān)系。擁有實(shí)現(xiàn)版本的純虛函數(shù)仍然有賴于派生類提供重定義版本。純虛函數(shù)的實(shí)現(xiàn)版本通常是不完善的版本，但包含了一些共有操作，供各個(gè)派生類在重定義函數(shù)中調(diào)用。派生類在重定義一個(gè)純虛函數(shù)時(shí)，可以繼續(xù)將之聲明為純虛函數(shù)。另外，純虛函數(shù)不得聲明為內(nèi)聯(lián)函數(shù)。