一文带你学习C++中的派生机制

目录

• 一、派生的类型
• 二、派生的语法
• 三、多重继承
• 四、虚继承
• 五、派生类和基类的关系
• 六、总结

C++是一门面向对象的编程语言，其中的派生机制是其重要的面向对象特性之一。派生是建立在现有类的基础之上，创建一个新的类的过程。在新类中，可以利用父类中定义的变量和方法，并且可以添加新的成员变量和方法。

下面我们来详细地学习C++中的派生机制。

一、派生的类型

C++支持以下几种派生类型：

1.公有派生: 在公有派生中，派生类可以访问基类中的公有成员和受保护成员，但不能访问基类中的私有成员。公有派生通常用于向基类添加新的特征和行为。

示例代码如下：

class Base {
public:
    int public_var;
protected:
    int protected_var;
private:
    int private_var;
};

class Derived : public Base {
public:
    void setVar(int a, int b, int c)
    {
        public_var = a;  //公有成员可以在派生类中访问
        protected_var = b;  //受保护成员可以在派生类中访问
        // private_var = c;  //私有成员无法在派生类中访问
    }
};

2.保护派生: 在保护派生中，派生类可以访问基类中的公有成员和受保护成员，但不能访问基类中的私有成员。保护派生通常用于继承，即将基类的所有成员和方法都继承到派生类中。

示例代码如下：

class Base {
public:
    int public_var;
protected:
    int protected_var;
private:
    int private_var;
};

class Derived : protected Base {
public:
    void setVar(int a, int b, int c)
    {
        public_var = a;  //公有成员可以在派生类中访问
        protected_var = b;  //受保护成员可以在派生类中访问
        // private_var = c;  //私有成员无法在派生类中访问
    }
};

3.私有派生: 在私有派生中，派生类可以访问基类中的公有成员和受保护成员，但不能访问基类中的私有成员。私有派生通常用于“隐藏”继承，即对基类进行改进或扩展，但不公开基类的接口。

示例代码如下：

class Base {
public:
    int public_var;
protected:
    int protected_var;
private:
    int private_var;
};

class Derived : private Base {
public:
    void setVar(int a, int b, int c)
    {
        public_var = a;  //公有成员可以在派生类中访问
        protected_var = b;  //受保护成员可以在派生类中访问
        // private_var = c;  //私有成员无法在派生类中访问
    }
};

二、派生的语法

在C++中，派生的语法为：

class Derived_class : access_specifier Base_class {
    // 包含新成员和覆盖的函数等
};

其中，Derived_class 是基于 Base_class 的派生类。access_specifier 表示派生类型，可以是 public、protected 或 private。新的成员和覆盖的函数等是指在派生类中添加的成员和方法。

示例代码如下：

class Base {
public:
    void print() {
        std::cout << "Base" << std::endl;
    }
};

class Derived : public Base {
public:
    void print() {
        std::cout << "Derived" << std::endl;
    }
};

int main()
{
    Base b;
    Derived d;

    b.print(); //输出 Base
    d.print(); //输出 Derived

    return 0;
}

上述代码中，Base 类中定义了一个 print() 方法，输出 Base。Derived 类继承自 Base 类，并定义了一个同名的 print() 方法，输出 Derived。在 main 函数中，分别创建了 Base 类和 Derived 类的对象并分别调用了它们的 print() 方法。结果显示，派生类覆盖了其基类的同名方法。

三、多重继承

C++还支持多重继承，即一个派生类从多个基类派生而来。具体地，可以这样建立一个派生类：

class Derived : access_specifier Base1, access_specifier Base2, ... {
    // 包含新成员和覆盖的函数等
};

其中，Derived 是一个派生类，Base1、Base2 是两个基类，可以有多个基类。access_specifier 表示该基类在派生类中的访问权限，可以是 public、protected 或 private。

示例代码如下：

class Base1 {
public:
    void print1() {
        std::cout << "Base1" << std::endl;
    }
};

class Base2 {
public:
    void print2() {
        std::cout << "Base2" << std::endl;
    }
};

class Derived : public Base1, protected Base2 {
public:
    void print() {
        print1();
        //print2(); //private 成员不能在派生类之外的成员函数中访问
    }
};

int main()
{
    Derived d;
    d.print();

    return 0;
}

上述代码中，定义了两个基类 Base1 和 Base2，分别有各自的方法 print1() 和 print2()。派生类 Derived 继承自 Base1 和 Base2，由于 Base2 的访问权限设置为 protected，在 Derived 中，只有成员函数可以访问 Base2 中的成员。Derived 中定义的 print() 方法分别调用了 Base1 和 Base2 中的方法，结果显示，多重继承能够在派生类中同时使用多个基类的成员，并进行灵活的访问权限设置。

四、虚继承

当一个类同时从多个基类继承，而这些基类中又有共同的基类时，就会出现“二义性”的问题。为了解决这个问题，C++引入了虚继承机制。

虚继承使用关键字 virtual，它告诉编译器，在继承链中只保留一份共同的基类，从而避免了多次继承造成的冗余。另外，虚继承还规定了一个虚基类列表。虚基类列表中的类在继承链中只继承一次，并且会在最深层的派生类中进行初始化。

示例代码如下：

class Root {
public:
    int i;
};

class A : public virtual Root {
public:
    int j;
};

class B : public virtual Root {
public:
    int k;
};

class C : public A, public B {
public:
    void sum() {
        i = j + k;
    }
};

int main()
{
    C c;

    c.j = 10;
    c.k = 20;
    c.sum();

    std::cout << "Sum of j and k is " << c.i << std::endl;

    return 0;
}

上述代码中，定义了一个基类 Root，和两个继承了 Root 的派生类 A 和 B。类 C 同时从 A 和 B 继承，它将 A 和 B 中的 i 合并为一份，并且在最深层的派生类 C 中进行初始化。在 main 函数中，我们创建了类 C 的对象 c，并对它的成员变量 j 和 k 赋值，并通过 sum() 方法计算它们的和。

五、派生类和基类的关系

派生类和基类之间存在以下关系：

• 派生类包含的成员都是派生类自己定义的，但它可以访问基类的公有成员和受保护成员，也可以使用基类中的方法。
• 派生类的对象中包含了基类的对象，即派生类的对象中包含了基类对象的成员。
• 派生类的对象可以被看作是基类的对象，即派生类的对象可以直接赋值给基类对象。

示例代码如下：

class Base {
public:
    int publicVar;
protected:
    int protectedVar;
private:
    int privateVar;
public:
    void print() {
        std::cout << "publicVar: " << publicVar << std::endl;
        std::cout << "protectedVar: " << protectedVar << std::endl;
        std::cout << "privateVar: " << privateVar << std::endl;
    }
};

class Derived : public Base {
public:
    int additionalVar;
public:
    void printAdditionalVar() {
        std::cout << "additionalVar: " << additionalVar << std::endl;
    }
};

int main()
{
    Derived derived;
    derived.publicVar = 1;
    //derived.protectedVar = 2;  //protected 成员不能直接在类外部访问
    derived.print();  //基类中的公有成员和受保护成员可以在派生类对象中访问
    derived.additionalVar = 3;
    derived.printAdditionalVar();  //派生类中的成员可以直接访问
    Base& base = derived;  //派生类的对象可以赋值给基类对象
    base.print();  //基类中的成员可以在基类对象中访问
    return 0;
}

上述代码中，定义了一个基类 Base 和一个派生类 Derived。在 main 函数中，我们首先创建了一个 Derived 的对象 derived，可以看到它可以访问由其基类 Base 中继承的成员变量和方法。同时，我们为 derived 对象中定义了一个 additionalVar 成员，并定义了一个打印 additionalVar 的方法。接着，我们将 derived 对象赋值给了一个 Base 类型的引用 base，并通过 base 访问了 Base 类中的成员变量和方法。结果显示了派生类和基类之间的关系。

六、总结

本文介绍了C++中的派生机制，包括公有派生、保护派生、私有派生、多重继承和虚继承等。同时，文章还介绍了派生类和基类之间的关系。理解并掌握派生机制，可以提高我们在C++编程中的应用技能。

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