C++繼承與派生本課件將深入講解C++中的繼承與派生，涵蓋基本概念、不同繼承方式、虛函數(shù)和虛基類(lèi)、構(gòu)造和析構(gòu)函數(shù)、靜態(tài)成員、訪問(wèn)控制、類(lèi)型轉(zhuǎn)換以及繼承的應(yīng)用場(chǎng)景等內(nèi)容。C++中的繼承代碼復(fù)用繼承是一種面向?qū)ο缶幊痰闹匾獧C(jī)制，它允許我們創(chuàng)建新的類(lèi)（派生類(lèi)）并繼承已有類(lèi)的屬性和方法（基類(lèi)），從而實(shí)現(xiàn)代碼復(fù)用，減少冗余代碼。代碼擴(kuò)展繼承可以用來(lái)擴(kuò)展現(xiàn)有類(lèi)的功能，派生類(lèi)可以添加新的屬性和方法，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)基類(lèi)功能的擴(kuò)展。多態(tài)實(shí)現(xiàn)繼承是多態(tài)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，通過(guò)虛函數(shù)和抽象類(lèi)，我們可以實(shí)現(xiàn)不同類(lèi)型的對(duì)象執(zhí)行同一方法的不同行為，提高代碼的可擴(kuò)展性和靈活性。繼承的概念和特點(diǎn)繼承是面向?qū)ο缶幊讨械囊环N機(jī)制，它允許一個(gè)類(lèi)（派生類(lèi)）繼承另一個(gè)類(lèi)（基類(lèi)）的屬性和方法。派生類(lèi)可以訪問(wèn)基類(lèi)的所有公共成員和受保護(hù)成員，但不能直接訪問(wèn)基類(lèi)的私有成員。繼承關(guān)系是一種“is-a”關(guān)系，例如，汽車(chē)“is-a”交通工具?；?lèi)與派生類(lèi)基類(lèi)基類(lèi)是被繼承的類(lèi)，也稱為父類(lèi)或超類(lèi)。它定義了派生類(lèi)所繼承的屬性和方法。派生類(lèi)派生類(lèi)是繼承自基類(lèi)的類(lèi)，也稱為子類(lèi)或派生類(lèi)。它可以繼承基類(lèi)的屬性和方法，并添加新的屬性和方法。繼承的形式1公有繼承（public）：派生類(lèi)繼承基類(lèi)的所有公共成員和受保護(hù)成員，并將其作為自己的公共成員。2保護(hù)繼承（protected）：派生類(lèi)繼承基類(lèi)的所有公共成員和受保護(hù)成員，并將其作為自己的受保護(hù)成員。3私有繼承（private）：派生類(lèi)繼承基類(lèi)的所有公共成員和受保護(hù)成員，并將其作為自己的私有成員。公有繼承代碼示例classAnimal{public:voidmove(){cout<<"動(dòng)物正在移動(dòng)"<<endl;}};classDog:publicAnimal{public:voidbark(){cout<<"狗在叫"<<endl;}};繼承特點(diǎn)在公有繼承中，派生類(lèi)可以訪問(wèn)基類(lèi)的所有公共成員和受保護(hù)成員，并將其作為自己的公共成員。這意味著派生類(lèi)的對(duì)象可以像使用基類(lèi)對(duì)象一樣使用繼承的成員。保護(hù)繼承代碼示例classAnimal{protected:intage;public:voidsetAge(inta){age=a;}intgetAge(){returnage;}};classDog:protectedAnimal{public:voidbark(){cout<<"狗在叫"<<endl;}};繼承特點(diǎn)保護(hù)繼承允許派生類(lèi)訪問(wèn)基類(lèi)的所有公共成員和受保護(hù)成員，但將其作為自己的受保護(hù)成員。這意味著派生類(lèi)可以訪問(wèn)這些成員，但其子類(lèi)只能通過(guò)派生類(lèi)來(lái)訪問(wèn)它們。私有繼承代碼示例classAnimal{private:intage;public:voidsetAge(inta){age=a;}intgetAge(){returnage;}};classDog:privateAnimal{public:voidbark(){cout<<"狗在叫"<<endl;}};繼承特點(diǎn)私有繼承將基類(lèi)的所有公共成員和受保護(hù)成員都作為派生類(lèi)的私有成員。這意味著派生類(lèi)可以訪問(wèn)這些成員，但其子類(lèi)和外部代碼都不能直接訪問(wèn)。多重繼承代碼示例classA{public:voidmethodA(){cout<<"A類(lèi)的方法"<<endl;}};classB{public:voidmethodB(){cout<<"B類(lèi)的方法"<<endl;}};classC:publicA,publicB{public:voidmethodC(){cout<<"C類(lèi)的方法"<<endl;}};繼承特點(diǎn)多重繼承允許一個(gè)派生類(lèi)繼承多個(gè)基類(lèi)。派生類(lèi)可以繼承所有基類(lèi)的公共成員和受保護(hù)成員，但需要明確指定繼承方式，例如公有繼承、保護(hù)繼承或私有繼承。虛函數(shù)和虛基類(lèi)1虛函數(shù)是指在基類(lèi)中聲明為virtual的函數(shù)，它允許在派生類(lèi)中重寫(xiě)基類(lèi)中的函數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)多態(tài)性。2虛基類(lèi)是指在繼承關(guān)系中被多個(gè)派生類(lèi)共享的基類(lèi)，它確保派生類(lèi)的對(duì)象只包含基類(lèi)的一個(gè)副本，而不是多個(gè)副本。虛函數(shù)的實(shí)現(xiàn)代碼示例classAnimal{public:virtualvoidmakeSound(){cout<<"動(dòng)物在叫"<<endl;}};classDog:publicAnimal{public:voidmakeSound()override{cout<<"狗在叫"<<endl;}};classCat:publicAnimal{public:voidmakeSound()override{cout<<"貓?jiān)诮?<<endl;}};實(shí)現(xiàn)機(jī)制虛函數(shù)的實(shí)現(xiàn)利用虛函數(shù)表（vtable）來(lái)實(shí)現(xiàn)。每個(gè)類(lèi)都有一個(gè)虛函數(shù)表，其中存儲(chǔ)了該類(lèi)的所有虛函數(shù)的地址。派生類(lèi)重寫(xiě)虛函數(shù)后，會(huì)更新自己的虛函數(shù)表，指向新實(shí)現(xiàn)的函數(shù)地址。虛函數(shù)與多態(tài)代碼示例Animal*animal=newDog();animal->makeSound();//輸出:狗在叫animal=newCat();animal->makeSound();//輸出:貓?jiān)诮卸鄳B(tài)實(shí)現(xiàn)通過(guò)虛函數(shù)，我們可以使用基類(lèi)指針指向不同類(lèi)型的派生類(lèi)對(duì)象，并調(diào)用相同的方法，但執(zhí)行不同的行為。這就是多態(tài)性的體現(xiàn)，它允許我們用統(tǒng)一的方式處理不同類(lèi)型的對(duì)象。純虛函數(shù)與抽象類(lèi)代碼示例classShape{public:virtualdoublegetArea()=0;//純虛函數(shù)};classCircle:publicShape{public:doublegetArea()override{return3.14159*radius*radius;}private:doubleradius;};概念解釋純虛函數(shù)是虛函數(shù)，但沒(méi)有函數(shù)體。抽象類(lèi)是指包含至少一個(gè)純虛函數(shù)的類(lèi)。抽象類(lèi)不能直接實(shí)例化，只能作為基類(lèi)被繼承，用于定義接口，強(qiáng)制派生類(lèi)實(shí)現(xiàn)純虛函數(shù)。抽象類(lèi)的使用代碼示例Shape*shape=newCircle(5);//創(chuàng)建一個(gè)圓形對(duì)象cout<<shape->getArea()<<endl;//輸出:78.5397應(yīng)用場(chǎng)景抽象類(lèi)主要用于定義接口，強(qiáng)制派生類(lèi)實(shí)現(xiàn)特定的方法，例如在圖形系統(tǒng)中，使用Shape類(lèi)來(lái)定義圖形的接口，不同的圖形類(lèi)（圓形、矩形等）需要實(shí)現(xiàn)getArea()方法來(lái)計(jì)算面積。構(gòu)造函數(shù)與析構(gòu)函數(shù)構(gòu)造函數(shù)構(gòu)造函數(shù)是在創(chuàng)建對(duì)象時(shí)自動(dòng)調(diào)用的函數(shù)，用于初始化對(duì)象的成員變量。它與類(lèi)同名，沒(méi)有返回值類(lèi)型。析構(gòu)函數(shù)析構(gòu)函數(shù)是在對(duì)象銷(xiāo)毀時(shí)自動(dòng)調(diào)用的函數(shù)，用于釋放對(duì)象占用的資源。它以“~”開(kāi)頭，后面跟類(lèi)名，沒(méi)有返回值類(lèi)型。構(gòu)造函數(shù)的繼承代碼示例classAnimal{public:Animal(stringname):name(name){cout<<"Animal構(gòu)造函數(shù)"<<endl;}private:stringname;};classDog:publicAnimal{public:Dog(stringname,intage):Animal(name),age(age){cout<<"Dog構(gòu)造函數(shù)"<<endl;}private:intage;};繼承特點(diǎn)派生類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)必須先調(diào)用基類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)來(lái)初始化基類(lèi)成員，可以使用初始化列表來(lái)實(shí)現(xiàn)。初始化列表中的基類(lèi)構(gòu)造函數(shù)調(diào)用必須放在派生類(lèi)構(gòu)造函數(shù)參數(shù)列表之后。析構(gòu)函數(shù)的繼承代碼示例classAnimal{public:Animal(stringname):name(name){cout<<"Animal構(gòu)造函數(shù)"<<endl;}~Animal(){cout<<"Animal析構(gòu)函數(shù)"<<endl;}private:stringname;};classDog:publicAnimal{public:Dog(stringname,intage):Animal(name),age(age){cout<<"Dog構(gòu)造函數(shù)"<<endl;}~Dog(){cout<<"Dog析構(gòu)函數(shù)"<<endl;}private:intage;};繼承特點(diǎn)派生類(lèi)的析構(gòu)函數(shù)會(huì)在對(duì)象銷(xiāo)毀時(shí)自動(dòng)調(diào)用，它會(huì)先調(diào)用基類(lèi)的析構(gòu)函數(shù)來(lái)釋放基類(lèi)成員占用的資源，然后釋放派生類(lèi)成員占用的資源。虛析構(gòu)函數(shù)代碼示例classAnimal{public:virtual~Animal(){cout<<"Animal析構(gòu)函數(shù)"<<endl;}};classDog:publicAnimal{public:~Dog(){cout<<"Dog析構(gòu)函數(shù)"<<endl;}};應(yīng)用場(chǎng)景當(dāng)使用基類(lèi)指針指向派生類(lèi)對(duì)象時(shí)，如果基類(lèi)的析構(gòu)函數(shù)不是虛函數(shù)，那么在釋放基類(lèi)指針時(shí)，只有基類(lèi)的析構(gòu)函數(shù)會(huì)被調(diào)用，派生類(lèi)的析構(gòu)函數(shù)不會(huì)被調(diào)用，導(dǎo)致內(nèi)存泄漏。為了避免這種情況，需要將基類(lèi)的析構(gòu)函數(shù)聲明為虛函數(shù)。利用初始化列表代碼示例classAnimal{public:Animal(stringname):name(name){}private:stringname;};classDog:publicAnimal{public:Dog(stringname,intage):Animal(name),age(age){}private:intage;};使用建議在派生類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)中，使用初始化列表來(lái)初始化成員變量是一種良好的編程習(xí)慣，因?yàn)樗梢蕴岣叽a的可讀性和效率。例如，在上面的代碼中，我們使用初始化列表來(lái)初始化基類(lèi)Animal中的name成員變量和派生類(lèi)Dog中的age成員變量。繼承中的靜態(tài)成員代碼示例classAnimal{public:staticintcount;};intAnimal::count=0;//靜態(tài)成員初始化classDog:publicAnimal{public:voidbark(){cout<<"狗在叫"<<endl;}};繼承特點(diǎn)靜態(tài)成員屬于類(lèi)，而不是對(duì)象，每個(gè)類(lèi)只有一個(gè)靜態(tài)成員的副本。派生類(lèi)可以繼承基類(lèi)的靜態(tài)成員，但不能修改基類(lèi)的靜態(tài)成員。在派生類(lèi)中，可以使用基類(lèi)名和作用域運(yùn)算符來(lái)訪問(wèn)基類(lèi)的靜態(tài)成員。繼承中的靜態(tài)成員函數(shù)代碼示例classAnimal{public:staticvoidprintCount(){cout<<"動(dòng)物數(shù)量:"<<count<<endl;}private:staticintcount;};intAnimal::count=0;classDog:publicAnimal{public:voidbark(){cout<<"狗在叫"<<endl;}};繼承特點(diǎn)靜態(tài)成員函數(shù)屬于類(lèi)，而不是對(duì)象，它可以通過(guò)類(lèi)名和作用域運(yùn)算符來(lái)調(diào)用。派生類(lèi)可以繼承基類(lèi)的靜態(tài)成員函數(shù)，并可以直接調(diào)用它們。訪問(wèn)控制與繼承代碼示例classA{private:inta;protected:intb;public:intc;};classB:publicA{public:voidprintB(){cout<<b<<endl;//可以訪問(wèn)保護(hù)成員b}};訪問(wèn)控制在繼承中，派生類(lèi)對(duì)基類(lèi)成員的訪問(wèn)權(quán)限取決于基類(lèi)成員的訪問(wèn)控制和繼承方式。例如，在公有繼承中，派生類(lèi)可以訪問(wèn)基類(lèi)的公共成員和受保護(hù)成員，但不能訪問(wèn)基類(lèi)的私有成員。保護(hù)成員的特點(diǎn)1保護(hù)成員是基類(lèi)中聲明為protected的成員變量和方法。它們只能被基類(lèi)本身和其派生類(lèi)訪問(wèn)。2保護(hù)成員通常用于定義基類(lèi)內(nèi)部需要被派生類(lèi)訪問(wèn)但不想被外部代碼訪問(wèn)的成員。保護(hù)成員的繼承代碼示例classAnimal{protected:stringname;public:Animal(stringname):name(name){}};classDog:publicAnimal{public:voidprintName(){cout<<name<<endl;//可以訪問(wèn)保護(hù)成員name}};繼承特點(diǎn)在保護(hù)繼承中，派生類(lèi)將繼承基類(lèi)的保護(hù)成員，并將其作為自己的保護(hù)成員。這意味著派生類(lèi)可以訪問(wèn)這些成員，但其子類(lèi)只能通過(guò)派生類(lèi)來(lái)訪問(wèn)它們。類(lèi)型轉(zhuǎn)換與繼承1動(dòng)態(tài)類(lèi)型轉(zhuǎn)換：在運(yùn)行時(shí)根據(jù)對(duì)象的實(shí)際類(lèi)型進(jìn)行類(lèi)型轉(zhuǎn)換，使用dynamic_cast運(yùn)算符。2靜態(tài)類(lèi)型轉(zhuǎn)換：在編譯時(shí)根據(jù)變量的聲明類(lèi)型進(jìn)行類(lèi)型轉(zhuǎn)換，使用static_cast運(yùn)算符。動(dòng)態(tài)類(lèi)型轉(zhuǎn)換代碼示例classAnimal{public:virtualvoidmakeSound(){cout<<"動(dòng)物在叫"<<endl;}};classDog:publicAnimal{public:voidmakeSound()override{cout<<"狗在叫"<<endl;}};Animal*animal=newDog();Dog*dog=dynamic_cast(animal);if(dog!=nullptr){dog->bark();//只有當(dāng)animal指向Dog對(duì)象時(shí)，才能調(diào)用bark()方法}else{cout<<"animal不是Dog類(lèi)型的對(duì)象"<<endl;}應(yīng)用場(chǎng)景動(dòng)態(tài)類(lèi)型轉(zhuǎn)換主要用于在運(yùn)行時(shí)根據(jù)對(duì)象的實(shí)際類(lèi)型執(zhí)行不同的操作。例如，在圖形系統(tǒng)中，使用dynamic_cast來(lái)判斷一個(gè)圖形對(duì)象是否是圓形，如果是，則調(diào)用其計(jì)算面積的方法。靜態(tài)類(lèi)型轉(zhuǎn)換代碼示例classAnimal{public:Animal(stringname):name(name){}private:stringname;};classDog:publicAnimal{public:Dog(stringname,intage):Animal(name),age(age){}private:intage;};Dog*dog=newDog("旺財(cái)",3);Animal*animal=static_cast(dog);//將Dog對(duì)象轉(zhuǎn)換為Animal對(duì)象應(yīng)用場(chǎng)景靜態(tài)類(lèi)型轉(zhuǎn)換主要用于在編譯時(shí)進(jìn)行類(lèi)型轉(zhuǎn)換，它是一種安全的類(lèi)型轉(zhuǎn)換，不會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤。例如，將派生類(lèi)對(duì)象轉(zhuǎn)換為基類(lèi)對(duì)象時(shí)，可以使用static_cast運(yùn)算符。常量對(duì)象與繼承代碼示例classAnimal{public:Animal(stringname):name(name){}voidprintName()const{cout<<name<<endl;}private:stringname;};constAnimalanimal("小貓");//創(chuàng)建一個(gè)常量Animal對(duì)象animal.printName();//可以調(diào)用常量成員函數(shù)繼承特點(diǎn)常量對(duì)象不能修改其成員變量的值。常量成員函數(shù)是指聲明為const的成員函數(shù)，它不能修改對(duì)象的狀態(tài)。常量對(duì)象只能調(diào)用常量成員函數(shù)，以確保其狀態(tài)不會(huì)被改變。常量成員函數(shù)代碼示例classAnimal{public:Animal(stringname):name(name){}voidprintName()const{cout<<name<<endl;}private:stringname;};使用建議如果一個(gè)成員函數(shù)不修改對(duì)象的狀態(tài)，那么應(yīng)該將其聲明為const成員函數(shù)，這樣可以提高代碼的可讀性和安全性。例如，在上面的代碼中，printName()函數(shù)只輸出對(duì)象的name成員變量的值，它不修改對(duì)象的狀態(tài)，因此應(yīng)該將其聲明為const成員函數(shù)。常量對(duì)象的初始化代碼示例classAnimal{public:Animal(stringname):name(name){}private:stringname;};constAnimalanimal("小貓");//創(chuàng)建一個(gè)常量Animal對(duì)象初始化方法常量對(duì)象必須在聲明時(shí)進(jìn)行初始化，并且初始化值必須是常量表達(dá)式，例如字面量或常量變量。常量對(duì)象不能在構(gòu)造函數(shù)中進(jìn)行初始化。常量引用代碼示例constAnimalanimal("小貓");constAnimal&ref=animal;//創(chuàng)建一個(gè)常量引用應(yīng)用場(chǎng)景常量引用可以用來(lái)引用常量對(duì)象，它可以保證引用的對(duì)象不會(huì)被修改。常量引用可以提高代碼的效率和安全性。友元與繼承代碼示例classAnimal{private:stringname;friendclassDog;//聲明Dog類(lèi)為Animal類(lèi)的友元類(lèi)};classDog{public:voidprintName(Animal&animal){cout<<<<endl;//可以訪問(wèn)Animal類(lèi)的私有成員name}};繼承特點(diǎn)友元關(guān)系不具有傳遞性，也就是說(shuō)，如果A類(lèi)是B類(lèi)的友元，而B(niǎo)類(lèi)是C類(lèi)的友元，那么A類(lèi)并不一定是C類(lèi)的友元。友元關(guān)系是用來(lái)打破類(lèi)的封裝性，在某些情況下可以提高代碼的效率或靈活性。友元函數(shù)的調(diào)用代碼示例Animalanimal("小貓");Dogdog;dog.printName(animal);//通過(guò)Dog類(lèi)的友元函數(shù)訪問(wèn)Animal類(lèi)的私有成員調(diào)用方式友元函數(shù)可以通過(guò)友元關(guān)系訪問(wèn)類(lèi)的私有成員和保護(hù)成員。友元函數(shù)可以通過(guò)對(duì)象名和作用域運(yùn)算符來(lái)調(diào)用，也可以通過(guò)友元類(lèi)的對(duì)象來(lái)調(diào)用。友元類(lèi)的定義代碼示例classAnimal{private:stringname;friendclassDog;//聲明Dog類(lèi)為Animal類(lèi)的友元類(lèi)};classDog{public:voidprintName(Animal&animal){cout<<<<endl;//可以訪問(wèn)Animal類(lèi)的私有成員name}};定義方法友元類(lèi)可以通過(guò)在友元類(lèi)的聲明中使用friend關(guān)鍵字來(lái)定義。友元類(lèi)可以訪問(wèn)友元類(lèi)的所有成員，包括私有成員和保護(hù)成員。繼承與公有成員訪問(wèn)代碼示例classAnimal{public:Animal(stringname):name(name){}voidprintName(){cout<<name<<endl;}private:stringname;};classDog:publicAnimal{public:Dog(stringname,intage):Animal(name),age(age){}voidbark(){cout<<"狗在叫"<<endl;}private:intage;};Dogdog("旺財(cái)",3);dog.printName();//可以訪問(wèn)基類(lèi)的公有成員printName()訪問(wèn)特點(diǎn)在公有繼承中，派生類(lèi)可以訪問(wèn)基類(lèi)的所有公有成員和受保護(hù)成員，并將其作為自己的公有成員。這意味著派生類(lèi)可以像使用基類(lèi)對(duì)象一樣使用繼承的成員。繼承與保護(hù)成員訪問(wèn)代碼示例classAnimal{protected:stringname;public:Animal(stringname):name(name){}};classDog:publicAnimal{public:Dog(stringname,intage):Animal(name),age(age){}voidprintName(){cout<<name<<endl;//可以訪問(wèn)基類(lèi)的保護(hù)成員name}private:intage;};Dogdog("旺財(cái)",3);dog.printName();//可以訪問(wèn)基類(lèi)的保護(hù)成員name訪問(wèn)特點(diǎn)在公有繼承中，派生類(lèi)可以訪問(wèn)基類(lèi)的所有公有成員和受保護(hù)成員。這意味著派生類(lèi)可以像使用基類(lèi)對(duì)象一樣使用繼承的成員。繼承與私有成員訪問(wèn)代碼示例classAnimal{private:stringname;public:Animal(stringname):name(name){}};classDog:publicAnimal{public:Dog(stringname,intage):Animal(name),age(age){}private:intage;};Dogdog("旺財(cái)",3);//="小黑";//錯(cuò)誤:不能訪問(wèn)基類(lèi)的私有成員name訪問(wèn)特點(diǎn)在所有繼承方式中，派生類(lèi)都不能直接訪問(wèn)基類(lèi)的私有成員。這是因?yàn)樗接谐蓡T是基類(lèi)內(nèi)部的私有數(shù)據(jù)，它們只能被基類(lèi)本身訪問(wèn)，不能被任何其他類(lèi)訪問(wèn)，包括派生類(lèi)。繼承的應(yīng)用場(chǎng)景圖形系統(tǒng)使用基類(lèi)Shape來(lái)定義圖形的接口，不同的