di-15-zhang-mian-xiang-dui-xiang-cheng-xu-she-ji

学习本章将会得到，面向对象程序设计的三个基本概念，数据抽象、继承、动态绑定（多态）
通过使用数据抽象，我们可以将类的接口与实现分离；
使用继承可以定义类似的类型并对其相似关系建模；
使用动态绑定，可以在一定程度上忽略类似类型的区别，而以统一的方式使用它们

继承

通常在层次关系的根部有一个基类即被继承的类，其他类则直接或简介地从基类继承而来，这些继承得来的类称为派生类

//example1.cpp
class Person
{
public:
    virtual void print() const; //派生类必须实现virtual声明
};

class Mom : public Person
{
public:
    Mom() = default;
    void print() const override; //重写基类的方法
};

void Mom::print() const
{
    cout << "hello print" << endl;
}

int main(int argc, char **argv)
{
    Mom mom;
    mom.print(); // hello print
    return 0;
}

动态绑定

在有些地方下面的这种操作叫做面向对象里面的多态，在此我们暂且称其为动态绑定

//example2.cpp
/**
 * @brief 基类人
 *
 */
class Person
{
public:
    virtual void print() const; //派生类必须实现virtual声明
};

/**
 * @brief 派生类母亲
 *
 */
class Mom : public Person
{
public:
    Mom() = default;
    void print() const override; //重写基类的方法
};
void Mom::print() const
{
    cout << "I am a mom\n"
         << flush;
}

/**
 * @brief 派生类儿子
 *
 */
class Son : public Person
{
public:
    Son() = default;
    void print() const override;
};
void Son::print() const
{
    cout << "I am a son\n"
         << flush;
}

//使用动态绑定
void cute(const Person &person)
{
    person.print();
}

int main(int argc, char **argv)
{
    Mom mom;
    Son son;
    cute(mom); // I am a mom
    cute(son); // I am a son
    return 0;
}

定义基类

//example3.cpp
class Person
{
public:
    Person() = default;
    Person(const int &age, const string &name) : age(age), name(name)
    {
    }
    virtual ~Person() = default; //暂且记住就好
    virtual void print() const
    {
        cout << age << " " << name << endl;
    }

private:
    int age;
    string name;

protected:
    int code;
};

int main(int argc, char **argv)
{
    Person person(19, "me");
    person.print(); // 19 me
    return 0;
}

定义派生类

派生类要通过使用类派生列表指定从那些基类继承，每个基类前面可以有三种访问说明符的一个：public、protected、private，虽然 C++支持从多个基类继承，但是这是面向对象编程极为不推荐的，通常我们约定只继承自一个类，称作为“单继承”

//example4.cpp
//基类
class Person
{
public:
    Person() = default;
    Person(const int &age, const string &name) : age(age), name(name)
    {
    }
    virtual ~Person() = default; //暂且记住就好
    virtual void print() const
    {
        cout << age << " " << name << endl;
    }

private:
    int age;
    string name;

protected:
    int code;
};

//派生类
class Son : public Person
{
public:
    Son(int code = 0) : Person(19, "me")
    {
        this->code = code;
        // Son中可以访问基类的protected成员private的不可以
    }
    void print() const override
    {
        cout << code << endl;
        Person::print(); //调用基类的print方法
    }
};

int main(int argc, char **argv)
{
    Son son1;
    son1.print();
    // 0
    // 19 me
    return 0;
}

派生类向基类的转换

因为派生了对象中含有与基类对应的组成部分，所以我们能把派生类对象当成基类对象来使用，可以将基类的指针或者引用绑定到派生类对象中的基类的部分

//example5.cpp
//基类
class Person
{
public:
    Person() = default;
    Person(const int &age, const string &name) : age(age), name(name)
    {
    }
    virtual ~Person() = default; //暂且记住就好
    virtual void print() const
    {
        cout << age << " " << name << endl;
    }

private:
    int age;
    string name;

protected:
    int code;
};

//派生类
class Son : public Person
{
public:
    Son(int code = 0) : Person(19, "me")
    {
        this->code = code;
        // Son中可以访问基类的protected成员private的不可以
    }
    void print() const override
    {
        cout << code << endl;
        Person::print(); //调用基类的print方法
    }
};

int main(int argc, char **argv)
{
    Person person;        //基类对象
    Son son(1);           //派生类对象
    Person *p = &son;     //基类型指针指向派生类的基类部分
    p->print();           // 1 19 me
    Person &ref = son;    //基类引用绑定到派生类的基类部分
    Person person1 = son; //将派生类的基类部分进行拷贝
    person1.print();      // 19 me
    return 0;
}

派生类的构造函数

在派生类的初始化列表中，除了可以初始化派生类在基类基础上添加的成员，还可以使用基类的构造函数，由基类的构造函数对基类部分进行初始化

//example5.cpp
class Son : public Person
{
public:
    Son(int code = 0) : Person(19, "me")
    {
        this->code = code;
        // Son中可以访问基类的protected成员private的不可以
    }
    void print() const override
    {
        cout << code << endl;
        Person::print(); //调用基类的print方法
    }
};

如果不使用基类构造函数初始化基类部分，派生类对象的基类部分会像数据成员一样执行默认初始化，否则就要用基类构造函数
也就是当没有显式调用基类构造函数时，会调用基类的默认构造函数，如果基类没有定义构造函数则会调用其合成默认构造函数
如果派生类没有指定使用的基类构造函数，且基类并没有默认构造函数，则会编译错误
派生类构造函数初始化列表首先初始化基类部分，然后按照声明顺序依次初始化派生类成员

派生类使用基类的属性成员

派生类可以访问基类的公有成员和受保护成员
当派生类调用时会先在派生类部分寻找是否有同名称的成员，有则默认为使用派生类成员，如果没有则向基类部分寻找。也可以显式使用基类部分的成员。

//example6.cpp
//基类
class Person
{
public:
    Person() = default;
    Person(const int &age, const string &name) : age(age), name(name)
    {
    }
    virtual ~Person() = default; //暂且记住就好
    virtual void print() const
    {
        cout << age << " " << name << endl;
    }

private:
    int age;
    string name;

protected:
    int code;
};

//派生类
class Son : public Person
{
public:
    Son(int mcode = 888) : Person(19, "me")
    {
        this->code = mcode;
        // Son中可以访问基类的protected成员private的不可以
        Person::code = 999;
    }
    void print() const override
    {
        cout << this->code << " " << Person::code << endl;
        //显式使用基类部分的code与派生类本身的code
    }
    int code;
};

int main(int argc, char **argv)
{
    Son s;
    s.print(); // 888 999
    return 0;
}

继承与 static 成员

基类中定义了静态成员，则在整个继承体系中只存在唯一一个成员的定义

//example7.cpp
class Person
{
public:
    static string message;      //声明
    static const int code = 99; // static const=constexpr
    static void hello()
    {
        cout << message << endl;
    }
};

string Person::message = "hello";

class Son : public Person
{
public:
    Son() = default;
};

int main(int argc, char **argv)
{
    Person person;
    person.hello(); // hello
    Son::hello();   // hello Son继承了静态成员
    Son::message = "QQ";
    Son::hello();   // QQ
    person.hello(); // QQ
    //每个静态成员在继承体系中只有一个实体
    return 0;
}

派生类的声明

有些情景需要前置声明派生类，派生类的声明无需声明出继承列表，与普通类的声明相同

class Son:public Person;//错误
class Son;//正确

被用作基类的类

被用作基类的类应该被定义而非仅仅声明，因为派生类需要只要继承了哪些内容

//example8.cpp
class Person;             //基类声明
class Son : public Person //错误 Person为不完整类型
{
public:
    Son() = default;
};

// class Person
// {
// public:
//     static string message;      //声明
//     static const int code = 99; // static const=constexpr
//     static void hello()
//     {
//         cout << message << endl;
//     }
// };

// string Person::message = "hello";

int main(int argc, char **argv)
{
    Son son;
    return 0;
}

链式继承

一个派生类本身也可以作为基类，则继承则是从最顶层的基类、一层一层向下继承
对与派生类调用基类构造函数对基类部分初始化，重点是派生类构造函数只初始化它的直接基类，直接基类又是其他类的派生类，向上套娃下去

//example9.cpp
class Person
{
public:
    const int code = 1;
};

class Woman : public Person
{
public:
    const int code = 2;
};

class Mom : public Woman
{
public:
    void print()
    {
        cout << Person::code << " " << Woman::code << endl;
    }
};

int main(int argc, char **argv)
{
    Mom mom;
    mom.print();              // 1 2
    cout << mom.code << endl; // 2
    //沿着继承链向上找code到Mom直接基类Woman找到code命中
    return 0;
}

final 禁止类成为基类

有时需要使得一个类不被别的类继承，C++11 中提供特性 final 关键词

//example10.cpp
class Person
{
public:
    const int code = 1;
};

class Woman final : public Person // final
{
public:
    const int code = 2;
};

class Mom : public Woman //错误：不能将“final”类类型用作基类
{
public:
    void print()
    {
        cout << Person::code << " " << Woman::code << endl;
    }
};

int main(int argc, char **argv)
{
    Mom mom;
    return 0;
}

继承链上的析构调用

当一个派生类实例对象被销毁时，触发派生类析构函数，那么继承链上的析构函数也会被执行,是先调用派生类的析构函数，随后自动调用直接基类的析构函数…在执行间接基类析构函数向上进行下去知道根部

//example11.cpp
class Person
{
public:
    const int code = 1;
    ~Person()
    {
        cout << "~Person" << endl;
    }
};

class Woman : public Person
{
public:
    const int code = 2;
    ~Woman()
    {
        cout << "~Woman" << endl;
    }
};

class Mom : public Woman
{
public:
    void print()
    {
        cout << Person::code << " " << Woman::code << endl;
    }
    ~Mom()
    {
        cout << "~Mom" << endl;
    }
};

int main(int argc, char **argv)
{
    {
        Mom mom;
    } //~Mom ~Woman ~Person
    return 0;
}

虚函数

前面看见某些方法使用了 virtual 关键词修饰，当使用基类调用一个虚成员函数时会执行动态绑定，每一个虚函数都应提供定义，不管是否被用到，直到运行时才知道到底调用了那个版本的虚函数

当一个类中有 virtual 成员方法时，但是其没有定义那么这个类是不能用来创建对象的，只有其内 virtual 全部都有一定是才可以

//example12.cpp
class Person
{
public:
    string name;
    int age;
    Person(const int &age, const string &name) : age(age), name(name) {}
    virtual void print();//错误 virtual成员没有被定义
};

int main(int argc, char **argv)
{
    Person person(19, "me");
    return 0;
}

//example12.cpp
class Person
{
public:
    string name;
    int age;
    Person(const int &age, const string &name) : age(age), name(name) {}
    virtual void print() const
    {
        cout << "Person " << age << " " << name << endl;
    }; //错误 virtual成员没有被定义
};

class Mom : public Person
{
public:
    Mom() : Person(19, "mom") {}
    void print() const override
    {
        cout << "Mom " << age << " " << name << endl;
    }
};

class Son : public Person
{
public:
    Son() : Person(19, "son") {}
    void print() const override
    {
        cout << "Son " << age << " " << name << endl;
    }
};

void func(Person &person)
{
    person.print(); //发生动态绑定
    //调用哪一个print完全取决于person绑定的实际对象
}

void execute(Person person)
{
    person.print(); // Person 19 son
    //不会发生动态绑定
    //因为person不是指针类型或者引用类型
    //他仅仅是一个person对象
}

int main(int argc, char **argv)
{
    Mom mom;
    Son son;
    Person person(19, "me");
    func(mom);    // Mom 19 mom
    func(son);    // Son 19 son
    func(person); // Person 19 me
    execute(son);
    return 0;
}

派生类中的虚函数

当派生类 override 了某个虚函数，可以再次使用 virtual 关键字指出函数性质，但是可以省略，因为一旦某个类方法被声明为虚函数，则在所有派生类中它都是虚函数

//example14.cpp
class Person
{
public:
    string name;
    int age;
    Person(const int &age, const string &name) : age(age), name(name) {}
    virtual void print() const
    {
        cout << "Person " << age << " " << name << endl;
    }; //错误 virtual成员没有被定义
    virtual Person *self()
    {
        return this;
    }
};

class Mom : public Person
{
public:
    Mom() : Person(19, "mom") {}
    //即使不显式指定virtual其也是virtual的
    virtual void print() const override
    {
        cout << "Mom " << age << " " << name << endl;
    }
    // 特殊的情况
    // override本应返回类型 函数名 参数列表都应相同
    // 但是仅当但会自己的指针或者引用时特殊,因为会可以发生动态绑定
    Mom *self() override
    {
        return this;
    }
};

int main(int argc, char **argv)
{
    Mom mom;
    mom.self()->print(); // Mom 19 mom
    return 0;
}

重写、重载和隐藏

重写(override)、重载(overload)和隐藏(overwrite)是 C++中 3 个不同的概念。

#include <iostream>
using namespace std;

class Person
{
public:
    void func()
    {
        cout << "Person::func" << endl;
    }
};

class Mom : public Person
{
public:
    void func(int n)
    {
        cout << "Mom:func" << endl;
    }
};

int main(int argc, char **argv)
{
    Mom mom;
    mom.func(); // 无法调用基类func,基类的func被隐藏
    return 0;
}

#include <iostream>
using namespace std;

class Person
{
public:
    virtual void func()
    {
        cout << "Person::func" << endl;
    }
};

class Mom : public Person
{
public:
    void func()
    {
        cout << "Mom:func" << endl;
    }
};

int main(int argc, char **argv)
{
    Mom mom;
    mom.func(); // 派生类func与基类func函数签名相同,成为了override
    return 0;
}

#include <iostream>
using namespace std;

class Person
{
public:
    void func()
    {
        cout << "Person::func" << endl;
    }
};

class Mom : public Person
{
public:
    using Person::func;
    void func(int n)
    {
        cout << "Mom:func" << endl;
    }
};

int main(int argc, char **argv)
{
    Mom mom;
    mom.func(); // Person::func
    return 0;
}

重写引发的问题

在写代码的过程中，重写虚函数很容易出问题，稍微不注意就会无法重写基类虚函数，更糟糕的是即时写错了，编译器也不会报错。

#include <iostream>
using namespace std;

class Base
{
public:
    virtual void some_func() {}
    virtual void foo(int x) {}
    virtual void bar() const {}
    void baz() {}
};

class Derived : public Base
{
public:
    // 名字写错
    virtual void sone_func() {}
    // 成了隐藏
    virtual void foo(int &x) {}
    // 缺少常量属性
    virtual void bar() {}
    // 基类baz不是虚函数所有此处baz函数也不是override,隐藏
    virtual void baz() {}
};

int main(int argc, char **argv)
{
    return 0;
}

所以在 C++11 标准中提供了一个非常使用的 override 说明符，必须放在虚函数的尾部，它明确告诉编译器这个虚函数需要覆盖基类的虚函数，一旦不符合虚函数重写规则，则会编译报错。

override 说明符

当派生类中定义一个名称与基类相同但是参数列表不同的方法，这是完全合法的，但是写代码就会出现些问题，目的就是覆盖掉基类的方法，但是不知道覆盖是否正确，这也正是 override 的作用

//example15.cpp
class Person
{
public:
    string name;
    int age;
    Person(const int &age, const string &name) : age(age), name(name) {}
    virtual void f1(){};
    virtual void f2() const {};
};

class Mom : public Person
{
public:
    //当Person内的virtual全部有定义是才能使用Person构造函数
    Mom() : Person(19, "mom") {}
    /*
    void f1(int age) override //错误 override失败编译不通过
    {
        cout << "Mom f1" << endl;
    }*/
    void f1() override {}    // override正确
    void f2() const override // override正确
    {
    }
    void f2(string message) //方法重载但与override无关
    {
        cout << message << endl;
    }
};

int main(int argc, char **argv)
{
    Mom mom;
    mom.f1();
    mom.f2();
    mom.f2("hello world"); // hello world
    return 0;
}

final 说明符

final 关键词作用域类则是禁止一个类作为基类，作用于类方法则是禁止派生类对其进行重写,重要的是 final 只能作用于 virtual 成员函数

//example16.cpp
class Person
{
public:
    string name;
    int age;
    Person(const int &age, const string &name) : age(age), name(name) {}
    // final只能作用于virtual成员
    virtual void f1() final
    {
        cout << "f1" << endl;
    }
    void f2()
    {
        cout << "Person f2" << endl;
    }
};

class Mom : public Person
{
public:
    Mom() : Person(19, "mom") {}
    // void f1(){}//错误 void f1()禁止被重写
    void f2()
    {
        cout << "Mom f2" << endl;
    }
};

int main(int argc, char **argv)
{
    Mom mom;
    mom.f1(); // f1
    mom.f2(); // Mom f2
    return 0;
}

override 和 final 同时出现

#include <iostream>
using namespace std;

class Base
{
public:
    virtual void log(const char *) const {}
    virtual void foo(int x) {}
};

class BaseWithFileLog : public Base
{
public:
    virtual void log(const char *) const override final
    {
    }
};

class Derived : public BaseWithFileLog
{
public:
    // 无法重写“final”函数 "BaseWithFileLog::log" (已声明 所在行数:14)
    virtual void log(const char *) const override {}
    void foo(int x) {}
};

int main(int argc, char **argv)
{
    return 0;
}

override 和 final 说明符的特别之处

为了和过去 C++代码保持兼容,增加保留的关键字要十分谨慎，因为一旦增加了某个关键词，过去代码可能面临大量修改，在 C++11 标准中，override 和 final 并没有被作为保留的关键字，其中 override 只有在虚函数末尾才有意义，而 final 只有在虚函数尾部以及类声明的时候才有意义，以下的代码可以被编译

#include <iostream>
using namespace std;

class Base
{
public:
    void override() {}
    void final() {}
};

int main(int argc, char **argv)
{
    return 0;
}

虚函数默认参数

虚函数直接的重写关系，只关注函数的返回类型与函数参数类型与个数以及顺序，而不关注有无参数默认值

重点：如果某次函数调用使用了默认参数，则该实参值由本次调用的静态类型决定，简单点说就是，如果是通过基类的引用或者指针调用函数，则使用基类中定义的默认实参，然后执行基类指针或者引用指向的实际对象中的此方法的函数体代码

最佳实践：虚函数使用默认实参，则基类和派生类中定义的默认参数最好一致

//example17.cpp
class Person
{
public:
    string name;
    int age;
    Person(const int &age, const string &name) : age(age), name(name) {}
    virtual void f1(int n = 1)
    {
        cout << "f1 " << n << endl;
    }
};

class Mom : public Person
{
public:
    Mom() : Person(19, "mom") {}
    void f1(int n = 3) override
    {
        cout << "Mom f1 " << n << endl;
    }
};

class Son : public Person
{
public:
    Son() : Person(19, "son") {}
    void f1(int n) override
    {
        cout << "Son f1 " << n << endl;
    }
};

void func(Person &person)
{
    person.f1();
}

int main(int argc, char **argv)
{
    Mom mom;
    mom.f1(); // Mom f1 3
    Person person(19, "me");
    person.f1(); // f1 1

    Son son;
    son.f1(5); // Son f1 5 必须提供实参

    //神奇的一幕 func中没有提供f1实参 没有报错
    //而是匹配到了基类的f1有默认值
    //进而使用了基类f1的默认值 然后执行了派生类的f1
    func(son); // Son f1 1
    return 0;
}

回避虚函数机制

例如在链式继承中，一个底部的派生类赋给了基类的引用或者指针，有时想要明确指定调用谁的虚函数，而不是默认的动态绑定，则可以使用作用域运算符实现
格式为 object.BaseClassName::Method()或者objectPtr->BaseClassName::Method()
在 C++继承中，继承链上的每个类的内容都是真实存在的，因为创建一个派生类，默认会调用继承链上基类的构造函数

//example18.cpp
class Person
{
public:
    const int code = 1;
    virtual void printCode()
    {
        cout << "Person code " << code << endl;
    }
};

class Woman : public Person
{
public:
    const int code = 2;
    void printCode() //重写
    {
        cout << "Woman code " << code << endl;
    }
};

class Mom : public Woman
{
public:
    const int code = 3;
    void printCode() //重写
    {
        cout << "Mom code " << code << endl;
    }
};

int main(int argc, char **argv)
{
    Mom mom;
    mom.printCode();         // Mom code 3
    mom.Person::printCode(); // Person code 1
    mom.Woman::printCode();  // Woman code 2
    Mom *const ptr = &mom;
    ptr->Person::printCode(); // Person code 1
    return 0;
}

抽象类与纯虚函数

有些类只是用来在中间做基类，其中有一些方法，但是只创建一个此对象是没有意义的，很类似 java 里面的抽象类，抽象类不能被创建对象实例，其实际的意义就是给别人做基类
纯虚函数在类内声明时后面添加=0,纯虚函数也可以被定义，但是其定义只能在类外定义，只能在类内声明

含有（或者未经覆盖直接继承）纯虚函数的类是抽象基类，抽象基类负责定义接口，而后续的其他类可以覆盖该接口。
不能直接创建一个抽象基类的对象，派生类必须给出纯虚函数覆盖定义，否则它仍是抽象基类

//example19.cpp
class Person
{
public:
    const int code = 1;
    virtual void printCode()
    {
        cout << "Person code " << code << endl;
    }
};

//  Woman含有纯虚函数 为抽象类
class Woman : public Person
{
public:
    const int code = 2;
    void printCode() = 0; //纯虚函数 Woman对象不能被创建
};

// 纯虚函数也可以被定义
void Woman::printCode()
{
    cout << this->Person::code << endl;
}

class Mom : public Woman
{
public:
    void printCode() override
    {
        cout << this->code << endl; // 2
        this->Woman::printCode();   // 1
    }
};

int main(int argc, char **argv)
{
    Mom mom;
    mom.printCode(); // 2 1
    // Woman woman;     //错误 不允许使用抽象类类型 "Woman" 的对象:
    return 0;
}

访问控制

每个类分别控制自己的成员初始化过程，每个类分别控制着其成员对于派生类来说是否可访问

1、和 private 类似，protected 成员对于类的用户来说不可访问
2、和 public 成员类似，protected 成员对于派生类的成员和友元来说可以访问
3、派生类的成员或友元只能通过派生类对象访问基类的 protected 成员，派生类对基类对象中的 protected 对象无访问权

//example20.cpp
class Person
{
public:
    const int code = 1;
    virtual void printCode() = 0;

protected:
    string message = "protected message";
};

class Woman : public Person
{
public:
    const int code = 2;
    void printCode()
    {
        cout << this->message << endl;
    }
    friend void func(Woman &woman);
    friend void funcp(Person &person);
};

void func(Woman &woman)
{
    cout << woman.message << endl;
    //友元函数说着成员函数可以访问protected成员
}

void funcp(Person &person)
{
    // cout << person.message << endl; //错误 只能通过派生类对象访问
    //或者在Person内添加friend void funcp(Person &person);
    //虽然是动态绑定，但是实际上是站在Person的角度来看问题的
}

int main(int argc, char **argv)
{
    Woman woman;
    woman.printCode(); // protected message
    // woman.message;//错误message是protected成员
    func(woman); // protected message
    funcp(woman);
    return 0;
}

重新控制继承内容

上面已经学习过，派生类从基类继承的 public、protected 成员
但是可以在以前的继承代码中，在派生类后面的继承列表中，基类名称前还加了控制访问限定符

形如 class Woman:public Person，其作用是控制从 Person 继承而来的内容对于 Woman 外部是怎样的，也就是 Woman 派生类可以重新修饰从 Person 继承而来的属性与方法。
public: 基类中的public对于派生类仍为public，protected的仍为protected的
private: 从基类继承的public,protected部分全部称为private的
protected:表示将继承的 public 与 protected 内容全部变为 protected 的

//example21.cpp
class Person
{
public:
    int age;
    string name;
    Person(const int &age, const string &name) : age(age), name(name) {}

protected:
    void func()
    {
        cout << age << " " << name << endl;
    }
};

//从Person继承的内容修饰为protected的
class Woman : private Person
{
public:
    Woman() : Person(19, "me")
    {
        func(); // func在Woman内是private的
    };
};

class Mom : public Woman
{
public:
    void run()
    {
        // func(); //错误 func为基类的私有成员
    }
};

int main(int argc, char **argv)
{
    Woman woman; // 19 me
    // woman.func();
    //  错误 func为woman中的private成员 return 0;
}

派生类向基类转换的可访问性

//example22.cpp
class Person
{
public:
    int age;
    string name;
    Person(const int &age, const string &name) : age(age), name(name) {}

protected:
    void func()
    {
        cout << age << " " << name << endl;
    }
};

class Woman : private Person
// class Woman : public Person
{
public:
    Woman() : Person(19, "me")
    {
        func(); // func在Woman内是private的
    };
    void hello()
    {
        Person *ptr = this;
    }
    friend void func();
};

void func()
{
    Woman woman;
    Person *ptr = &woman;
}

int main(int argc, char **argv)
{
    /***对于用户代码****/
    Woman woman;
    // Person &ref = woman;
    // 错误 不允许对不可访问的基类 "Person" 进行转换,Woman:private Person

    /***对于派生类成员或友元****/
    func();
    woman.hello();
    //无论是private public protected继承，成员友元都可使用转换
    //用户代码只有在public继承时才能转换

    return 0;
}

友元与继承

//example23.cpp
class Person
{
public:
    int age;
};

class Woman : public Person
{
public:
    friend void func(const Woman &woman);

private:
    string bra = "d";
};

class Mom : public Woman
{
public:
    string message = "mom";
    friend class Son;

private:
    int height = 176;
};

class Son : public Person
{
public:
    string message = "son";
    void lookMom(const Mom &mom)
    {
        cout << mom.height << endl;
    }
};

// Q没有对Mom的友元能力 友元关系不能继承
class Q : public Son
{
public:
    void lookMom(const Mom &mom)
    {
        // cout << mom.height << endl;//错误 Q不是Mom的友元
    }
};

// func是Woman的友元 不是 Mom的友元
void func(const Woman &woman)
{
    cout << woman.bra << endl;
    Mom mom;
    cout << mom.bra << endl; // bra是由Woman继承而来可以访问
}

int main(int argc, char **argv)
{
    Mom mom;
    func(mom); // d d
    return 0;
}

重新控制部分继承内容

现在已经直到有三种继承方式，private、public、protected ，但是有时并不需要使得继承的全部内容统一的用同一个方式继承，所以有了改变个别成员的可访问性

//example24.cpp
class Person
{
public:
    int age = 19;
    void cage() const
    {
        cout << age << endl;
    }

protected:
    size_t n = 999;
};

class Mom : private Person
{
public:
    using Person::n; //以public方式继承n
protected:
    using Person::cage; //以protected方式继承cage
};                      //其余的成员则以声明的private的方式继承

int main(int argc, char **argv)
{
    Mom mom;
    // cout << mom.age << endl;//错误Mom以private继承age
    // mom.cage();//错误 Mom以protected方式继承cage
    cout << mom.n << endl; // Mom以public继承n
    return 0;
}

默认继承方式

经过前面学习，可以直到 struct 成员默认为 public 的，class 的成员默认为 private。在继承中仍然可以选择 struct 或者 class，但是二则默认继承方式不同，class 以 private 方式继承，struct 以 public 方式继承

//example25.cpp
class A
{
public:
    int n = 999;
};

class B : A
{
public:
    void f()
    {
        cout << n << endl;
    }
};

struct C : A
{
public:
    void f()
    {
        cout << n << endl;
    }
};

int main(int argc, char **argv)
{
    B b;
    C c;
    // cout << b.n << endl;//class以private方式继承n
    cout << c.n << endl; // 999 struct以public方式继承n
    return 0;
}

继承中的类作用域

在前面的链式继承已知，每个类都有自己的作用域，当存在继承关系时，派生类的作用域嵌套在基类的作用域之内，当一个名字在派生类的作用域内无法正确解析，则编译器将继续在外层的基类作用域中寻找该名字的定义

C 中找不到 age,去 B 中找，没找到再向 A 中找，在 A 中找到 age

//example26.cpp
class A
{
protected:
    int age = 19;
};

class B : A
{
protected:
    using A::age;
};

class C : public B
{
public:
    using B::age;
};

int main(int argc, char **argv)
{
    C c;
    cout << c.age << endl; // 19
    return 0;
}

在编译时进行名字查找

一个对象、引用或者指针的静态类型决定了该对象的哪些成员是可见的，例如 B 继承了 A，A 指针指向 B 对象，利用此指针的使用对于 A 对象能使用的，简单点看个例子吧

//example27.cpp
class A
{
public:
    int age = 19;
};

class B : public A
{
public:
    int height = 180;
};

class C : public B
{
};

int main(int argc, char **argv)
{
    C c;
    cout << c.age << " " << c.height << endl; // 19 180
    A *ptr = &c;
    cout << ptr->age << endl;
    // cout << ptr->height << endl;
    // 错误 用ptr只能访问从A向上继承链中的内容，向下访问不到
    return 0;
}

名字冲突与继承

派生类中可以定义基类中已经有的成员名称，会覆盖派生类中的
可以通过作用域运算符来使用隐藏的成员，也即是显式指定要访问基类的成员

//example28.cpp
class A
{
public:
    int age = 999;
};

class B : public A
{
public:
    int age = 888;
    int base_age()
    {
        return A::age;
    }
};

int main(int argc, char **argv)
{
    B b;
    cout << b.age << endl;        // 888
    cout << b.A::age << endl;     // 999 显式访问基类中的age
    cout << b.base_age() << endl; // 999

    A *ptr = &b;
    cout << ptr->age << endl; // 999
    // ptr的类型决定从继承关系的那一层向上查找
    return 0;
}

虚函数的精髓

前面对虚函数的学习还没有学习到它的本质，已经知道含有虚函数但是未定义类的对象不能创建。
还有一个重要的特性，当一个派生类对象赋给基类引用，调用虚函数时会调用对象实例的虚函数实现，而不像普通方法会从基类向上查找

//example29.cpp
class A
{
public:
    int age = 999;
    virtual void print()
    {
        cout << "A " << age << endl;
    }
    int get_age()
    {
        cout << "A get_age" << endl;
        return age;
    }
};

class B : public A
{
public:
    int age = 888;
    void print() override
    {
        cout << "B " << age << endl;
    }
};

int main(int argc, char **argv)
{
    B b;
    A &a = b;
    a.print(); //"B 888" 调用了对象实例的print()而非基类中的

    cout << a.get_age() << endl; // A get_age 999
    cout << b.get_age() << endl; // A get_age 999

    return 0;
}

继承的方法不会重载

当继承的内容中已经有了某个名称的方法，但派生类对这个方法不能进行重载，只能覆盖
为什么呢，什么原理？
背后的本质其实也很简单，当编译器编译时，会从派生类开始沿着继承链向上查找，知道查到有这个名字方法的类为止，并不关心方法的参数
所以下面这个例子中，b.print() 编译器从 B 开始找，在 B 有名字为 print 的方法，所以停止再向上，看 B 中 print 的重载有没有参数列表匹配的

//example30.cpp
struct A
{
    void print()
    {
        cout << "A 19" << endl;
    }
};

struct B : A
{
    void print(int age)
    {
        cout << "B " << age << endl;
    }
};

int main(int argc, char **argv)
{
    B b;
    b.print(10); // B 10
    // b.print();   //错误 没有在B总发现相关重载
    //但可以进行显式调用
    b.A::print(); // A 19
    A *ptr = &b;
    ptr->print(); // A 19
    return 0;
}

虚函数与作用域

前面提到，基类与派生类中的虚函数必须有相同形参列表，为什么呢？
因为只有这样才能实现调用对象本身的方法实现

A *aptr = &c;
cout << aptr->func() << endl; // 222

//example31.cpp
class A
{
public:
    virtual int func();
};

class B : public A
{
public:
    int func(int n) //并没有实现继承的虚函数 func()仍作为一个虚函数存在
    {
        return 111;
    }
    virtual void f2()
    {
        cout << "B f2\n";
    }
};

class C : public B
{
public:
    int func(int n) //覆盖基类B的func
    {
        return n;
    }
    int func() //实现了继承的虚函数
    {
        return 222;
    }
    void f2() //实现虚函数的定义
    {
        cout << "C f2" << endl;
    }
};

int main(int argc, char **argv)
{
    C c;
    c.f2();                      // C f2
    cout << c.func() << endl;    // 222
    cout << c.func(555) << endl; // 555

    B *bptr = &c;
    bptr->f2(); // C f2 因为f2为虚函数 虚函数将调用对象本身的f2

    A *aptr = &c;                 // A中的func()为虚函数，则会调用对象本身的func()
    cout << aptr->func() << endl; // 222
    return 0;
}

通过基类调用隐藏的虚函数

//example32.cpp
class A
{
public:
    virtual int func()
    {
        return 0;
    };
};

class B : public A
{
public:
    int func(int n) //并没有实现继承的虚函数 func()仍作为一个虚函数存在
    {
        return 111;
    }
    virtual void f2()
    {
        cout << "B f2\n";
    }
};

class C : public B
{
public:
    int func(int n) //覆盖基类B的func
    {
        return n;
    }
    int func() //实现了继承的虚函数
    {
        return 222;
    }
    void f2() //实现虚函数的定义
    {
        cout << "C f2" << endl;
    }
};

int main(int argc, char **argv)
{
    A a;
    B b;
    C c;
    A *pa = &a, *pb = &b, *pc = &c;
    cout << pa->func() << endl; // 0 虚调用pb->A::func()
    //实例b类B并没有实现虚函数func()
    //直接调用了A的func的实现 即pb->A::func()
    cout << pb->func() << endl; // 0 虚调用pb->A::func()
    cout << pc->func() << endl; // 222

    B *bptr = &c;
    // bptr->func(); //函数调用中的参数太少
    return 0;
}

覆盖重载的函数

和其他函数一样，成员函数无论是否为虚函数都唔那个被重载，派生类可以覆盖重载函数的 0 个或多个实例，如果派生类希望所有的重载版本对于它是可见的，那么它需覆盖所有版本，或一个也不覆盖，或者使用 using 声明进行部分重载

//example33.cpp
class A
{
public:
    void func1()
    {
        cout << "A" << endl;
    }
    void func1(int n)
    {
        cout << "A" << endl;
    }
    void func1(string m)
    {
        cout << "A" << endl;
    }
};

class B : public A
{
public:
    void func1(string m)
    {
        cout << "B" << endl;
    }
    // using A::func1;
    //使用using将可以保留A中的func1不会被覆盖，只有func1(string m)重载被覆盖
};

int main(int argc, char **argv)
{
    B b;
    b.func1("[]"); // B
    // b.func1(1);    //错误 发生重载覆盖
    //  b.func1();     //错误 发生重载覆盖
    //当删掉B中的func1或者在B中覆盖所有A中的func1才可以是实现上面两行代码

    A *ptr = &b;
    ptr->func1(""); // A
    return 0;
}

基类虚析构函数

在派生类对象赋给基类指针，使用 delete 时会根据实际的绑定的对象调用相应的虚析构函数实现

额外知识：如果一类定义了虚析构函数，编译器不会为其合成移动操作（移动操作符方法）

//example34.cpp
class A
{
public:
    virtual ~A() = default;
};

class B : public A
{
public:
    ~B() override
    {
        cout << "~B" << endl;
    }
};

class C : public A
{
public:
    ~C() override
    {
        cout << "~C" << endl;
    }
};

int main(int argc, char **argv)
{
    A *p1 = new B;
    A *p2 = new C;
    A *p3 = new A;
    delete p1; //~B
    delete p2; //~C
    delete p3; //
    return 0;
}

基类删除控制拷贝

当基类删除合成拷贝构造函数时，会对派生类产生影响
在合成构造函数中，构造派生类调用的是什么形式的合成构造函数，在其执行时也会执行基类的相应格式的合成构造函数，如果派生类没有相应格式，则编译不通过

//example35.cpp
class A
{
public:
    A() = default;
    A(const A &) = delete; //删除默认拷贝构造函数
};

class B : public A
{
};

int main(int argc, char **argv)
{
    B b1;                //正确 在构造b1时调用了A()
    B b2(b1);            //错误 A的合成拷贝函数被删除了
    B b3(std::move(b1)); //错误 隐式使用B的被删除的拷贝构造函数
    return 0;
}

基类移动操作与继承

一般情况都会将基类的析构函数定义为虚函数，再此默认情况下编译器不会为其合成移动操作，而且在它的派生类中也没有合成的移动操作，如果需要则需要手动定义

注意:要否需要显式定义，或者在拥有虚析构函数时是否会阻止生成合成移动拷贝操作，要根据编译器的不同而注意，有些编译器是不会阻止的

//example36.cpp
class A
{
public:
    A() = default;
    A(const A &) = default;
    A(A &&) = default;
    A &operator=(const A &) = default;
    A &operator=(A &&) = default;
    char type = 'A';
    virtual ~A() = default;
};

class B : public A
{
};

int main(int argc, char **argv)
{
    A a;
    A b = a;
    cout << b.type << endl;
    B b1;
    B b2 = b1;
    b2.type = 'G';
    cout << b1.type << " " << b2.type << endl; // A G
    return 0;
}

派生类的拷贝与移动构造函数

在为派生类定义拷贝或移动构造函数时，我们通常使用初始化列表调用基类构造函数对对象的基类部分进行初始化

//example37.cpp
class A
{
public:
    A(const int &num = 999) : num(num) {}
    int num;
    virtual ~A() = default;
};

class B : public A
{
public:
    B() = default; //调用A()
    //默认情况使用默认构造函数
    B(const B &b) : A(b) //使用基类的合成拷贝构造
    {
    }
    B(B &&b) : A(std::move(b)) //使用基类的合成移动构造
    {
    }
};

int main(int argc, char **argv)
{
    B b1;
    cout << b1.num << endl; // 999
    b1.num = 888;
    B b2(std::move(b1));
    cout << b2.num << endl; // 888

    B b3(b1);               //拷贝构造
    cout << b3.num << endl; // 888
    return 0;
}

容易出错的地方，定义了错误的拷贝,当派生类拷贝构造没有调用基类相应构造函数时，则会调用基类的默认构造函数，造成假的拷贝

//example38.cpp
class A
{
public:
    A(const int &num = 999) : num(num) {}
    int num;
    virtual ~A() = default;
};

class B : public A
{
public:
    B() = default; //调用A()
    //默认情况使用默认构造函数
    B(const B &b) //没有调用基类的拷贝构造
    {
    }
};

int main(int argc, char **argv)
{
    B b1;
    b1.num = 888;
    cout << b1.num << endl; // 888
    B b3(b1);               //拷贝构造 假拷贝
    cout << b3.num << endl; // 999
    return 0;
}

派生类赋值运算符

与拷贝和构造函数一样，派生类的赋值运算符也需显式地为其基类部分赋值

//example39.cpp
class A
{
public:
    A()
    {
        cout << "A()" << endl;
    };
    A(const A &) = default;
    virtual ~A() = default;
};

class B : public A
{
public:
    B &operator=(const B &b)
    {
        A::operator=(b); //为基类部分赋值
        return *this;
    }
    B(const B &b) : A(b)
    {
        cout << "B(const B &b) : A(b)" << endl;
    }
    B() = default;
};

int main(int argc, char **argv)
{
    B b1;      // A()
    B b2;      // A()
    b2 = b1;   // 调用B &operator=(const B &b)
    B b3 = b2; // 调用B(const B &b) : A(b)
    return 0;
}

派生类析构函数

析构函数体执行完成后，对象的成员将会被隐式销毁，基类同理
析构函数的调用构成从派生类开始向上一次执行基类的析构，每个基类负责销毁自己的那部分

//example40.cpp
class A
{
public:
    A() = default;
    virtual ~A()
    {
        cout << "~A" << endl;
    }
};

class B : public A
{
public:
    B() = default;
    ~B() override
    {
        cout << "~B()" << endl;
    }
};

int main(int argc, char **argv)
{
    B *b = new B();
    A *a = b;
    delete a; //~B() ~A()
    return 0;
}

构造函数内调用虚函数

当构造函数调用虚函数时其派生的部分已经被销毁，所以在析构函数内只能调用此基类能够使用的，如果定义了虚函数则会调用自己的，但绝不是其派生类的实现，因为执行基类的系构造函数时，派生类的析构函数已经执行过了

//example41.cpp
class A // A为抽象类
{
public:
    A() = default;
    virtual void print() = 0; //纯虚函数
    virtual ~A()
    {
        cout << "~A" << endl;
        // print(); //错误 析构时print已经无定义
    }
};

class B : public A
{
public:
    B() = default;
    ~B() override
    {
        cout << "~B()" << endl;
    }
    void print() override
    {
        cout << "print()" << endl;
    }
};

int main(int argc, char **argv)
{
    B *b = new B();
    A *a = b;
    delete a; //~B() ~A()
    return 0;
}

继承构造函数

有时可能会用到默认使用派生类的合成默认构造函数但暴露基类的构造函数的调用

//example42.cpp
class A
{
public:
    int age;
    A(int age) : age(age) {}
    // A() = default;
};

class B : public A
{
public:
    int n;
    using A::A; //继承A的构造函数
    //等价于
    // B(int age):A(age){
    // }
};

int main(int argc, char **argv)
{
    B b(13);
    cout << b.age << endl; // 13
    B b1;                  //错误 A没有默认构造函数
    return 0;
}

//example43.cpp
class A
{
public:
    int age;
    string name;
    A(int age, string name = "me") : age(age), name(name) {}
};

class B : public A
{
public:
    using A::A; //继承构造函数
};

int main(int argc, char **argv)
{
    B b(10, "oo");
    cout << b.age << " " << b.name << endl; // 10 oo
    B b1(11);
    cout << b1.age << " " << b1.name << endl; // 11 me
    return 0;
}

容器与继承

在 C++中的标准容器中，虽然派生类可以向基类进行动态绑定，但是一个容器中是不能有两种数据类型的，不能同时存放基类和派生类对象，必须进行间接存放

//example44.cpp
class A
{
public:
    int age;
    A(int age) : age(age) {}
};

class B : public A
{
public:
    string name;
    B(string name, int age) : A(age), name(name) {}
};

int main(int argc, char **argv)
{
    vector<A> vec;
    vec.push_back(B("me", 19));
    //虽然可以把B放入但只是存储了基类部分，派生类部分将被忽略
    vec.push_back(A(19));
    cout << vec.size() << endl;  // 2
    cout << vec[0].age << endl;  // 19
    cout << vec[0].name << endl; // no member named 'name'
    return 0;
}

解决方法有很多、例如在容器内存储基类指针或者使用自定义类内定义基类指针做二次封装

//example45.cpp
class A
{
public:
    int age;
    A(int age) : age(age) {}
    virtual void print()
    {
        cout << "A " << age << endl;
    }
};

class B : public A
{
public:
    string name;
    B(string name, int age) : A(age), name(name) {}
    void print() override
    {
        cout << "B " << name << endl;
    }
};

int main(int argc, char **argv)
{
    vector<shared_ptr<A>> vec;
    vec.push_back(make_shared<A>(19));
    vec.push_back(make_shared<B>("me", 19));
    cout << vec[0]->age << endl; // 19
    cout << vec[1]->age << endl; // 19
    A *a = vec[1].get();
    B *b = (B *)a;
    cout << b->name << endl; // me
    //虚函数执行 多态
    vec[0]->print(); // A 19
    vec[1]->print(); // B me
    return 0;
}

//example46.cpp
class C
{
public:
    shared_ptr<A> ptr;
    C(shared_ptr<A> ptr) : ptr(ptr)
    {
    }
};

int main(int argc, char **argv)
{
    vector<C> vec;
    vec.push_back(C(make_shared<A>(19)));
    vec.push_back(C(make_shared<B>("me", 19)));
    vec[0].ptr->print(); // A 19
    vec[1].ptr->print(); // B me
    return 0;
}

辨别基类对象与派生类对象

当基类指针有可能指向派生类对象或者基类对象时，我们往往需要进行判别，有许多方法可以实现

//example47.cpp
class A
{
public:
    int age;
    A(int age) : age(age) {}
    virtual string type()
    {
        return "A";
    }
};

class B : public A
{
public:
    string name;
    B(string name, int age) : A(age), name(name) {}
    string type() override
    {
        return "B";
    }
};

int main(int argc, char **argv)
{
    shared_ptr<A> ptr1 = make_shared<A>(19);
    shared_ptr<A> ptr2 = make_shared<B>("me", 19);
    cout << ptr1->type() << endl; // A
    cout << ptr2->type() << endl; // B
    if (ptr2->type() == "B")
    {
        B *b = (B *)ptr2.get();
        cout << b->name << endl; // me
    }
    return 0;
}

2、typeid C++11 查询类型的信息。用于必须知晓多态对象的动态类型的场合以及静态类型鉴别

//example48.cpp
class A
{
public:
    int age;
    A(int age) : age(age) {}
    virtual void type(void) //建立多态性
    {
    }
};

class B : public A
{
public:
    string name;
    B(string name, int age) : A(age), name(name) {}
};

int main(int argc, char **argv)
{
    A *p1 = new A(19);
    A *p2 = new B("me", 19);
    // 因为type_info没有拷贝构造函数
    const type_info &inf1 = typeid(*p1);
    const type_info *inf2 = &typeid(*p2);
    cout << inf1.name() << endl;  // 1A
    cout << inf2->name() << endl; // 1B
    // A B之间存在多态性 才可以辨别
    //否则都是如果A中无virtual void type则二者的name都为1A
    delete p1, delete p2;

    cout << typeid(12).name() << endl;                           // i
    cout << typeid(17.0f).name() << endl;                        // f
    cout << typeid("hello").name() << endl;                      // A6_c
    cout << (typeid(12.0f) == typeid(float)) << endl;            // 1
    cout << (typeid(string("hello")) == typeid(string)) << endl; // 1
    return 0;
}

3、dynamic_cast C++11 类型转换运算符，沿继承层级向上、向下及侧向，安全地转换到其他类的指针和引用

关于 dynamic_cast 将会在第 19 章特殊工具与技术中进行学习，在此现进不进行学习

结束语

到此第 15 章面向对象程序设计的语法知识学习就先告一段落了，但是对于 OOP 的学习是无穷无尽的我们仍需反复阅读大量相关书籍，提升自我认知
年轻人不要心高气傲，好好沉淀自己，才能让自己走得更远，总之在这一生我们要找到自己真正热爱的东西，可能是一项体育运动、可能是遇见一位知己、可能是在软件行业做出自己的事业、也许是家庭的和睦沟通与陪伴，总之在这个浮躁的大环境中让自己快乐起来，加油吧！

🌽 第 15 章 面向对象程序设计

第 15 章 面向对象程序设计

继承