第七章 继承和派生

在派生类中继承的基类成员的初始化，需要由派生 类的构造函数调用基类的构造函数来完成。 定义派生类的构造函数的一般形式为： 派生类名 :: 派生类名(参数表0) : 基类名(参数表) {.„..//函数体 } 冒号后“基类名(参数表)”称为成员初始化列表，参数 表给出所调用的基类构造函数所需要的实参。实参的值 可以来自“参数表0”，或由表达式给出。 可以像Rectangle那样，在类中直接定义为内联函数。 下面是在类说明之外定义的示范： Rectangle::Rectangle(int a, int b, int h, int w):Point(a,b) {H=h; W=w; cout<<"Rectangle..."<<endl;} “参数表0”有4个参数，基类Point的参数表是自己的2 个数据成员。
Байду номын сангаас
从一个或多个以前定义的类(基类)
产生新类的 过程称为派生，这个新类称为派生类。派生的新 类同时也可以增加或重新定义数据和操作，这就 产生了类的层次性。 类的继承是指新类继承基类的成员。继承常用来 表示类属关系，不能将继承理解为构成关系。当 从现存类中派生出新类时，可以对派生类做如下 几种变化： ① 可以增加新的数据成员； ② 可以增加新的成员函数； ③ 可以重新定义已有的成员函数； ④ 可以改变现有成员的属性。
如图7.1所示，C++中有两种继承：单一继承和多 重继承。对于单一继承，派生类只能有一个基类； 对于多重继承，派生类可以有多个基类。
图7.1 类的单一继承和多重继承的UML结构图
在图7.1中，箭头指向基类。单一继承形成一个
倒挂的树。派生类继承了基类所有的数据成员和 成员函数，程序员也可以在派生类中添加新的数 据成员和成员函数。 C++派生类从父类中继承性质时，可使派生类扩 展它们，或者对其做些限制，也可改变或删除， 甚至不作任何修改。所有这些变化可归结为两类 基本的面向对象技术。 第一种称为性质约束，即对基类的性质加以限制 或删除。 第二种称为性质扩展，即增加派生类的性质。
class Rectangle : public Point { private: int H, W; public: Rectangle(int, int, int, int); //构造函数原型 void Show() { cout<<"x="<<x<<",y="<<y<<",H="<<H <<",W="<<W<<endl; } }; //定义构造函数 Rectangle::Rectangle(int a, int b, int h, int w):Point(a,b) {H=h; W=w;}
void main() { Point a(3,4); Rectangle r1(3,4,5,6); a.Show(); //基类对象调用基类Show()函数 r1.Show(); //派生类对象调用派生类Show()函数 } 派生类虽然继承了基类的成员函数Show，但它改造 了这个函数，使它能显示所有数据。这并不会影响基 类函数原来的功能。程序有意定义了Point的对象a， 执行a.Show()验证之。 程序输出如下： x=3,y=4 x=3,y=4,H=5,W=6
第7章
继承和派生
从已有的对象类型出发建立一种新的对象类型， 使它继承原对象类型的特点和功能，这种思想是 面向对象设计方法的主要贡献。
主要内容
7.1 继承和派生的基本概念 7.2 单一继承 7.3 多重继承 7.4 二义性及其支配规则 7.5 设计实例
7.1 继承和派生的基本概念
可以定义一个描述“狗”的类dog
程序输出如下： Point... //调用基类构造函数 Rectangle... //调用派生类构造函数 x=3,y=4 //调用基类成员函数Showxy() H=5,W=6 //调用派生类成员函数Show() Delete Rectangle //调用派生类析构函数 Delete Point //调用基类析构函数
7.2.3 类的保护成员
现在修改Rectangle 的Show函数，使得它可以 一次显示x 、y 、H 和W 。怎样修改成员函数Show 呢？ void Rectangle::show(){ cout<< "x=" <<x <<"，y="<<y<< ",H=" << H <<",W="<<W<<endl; } 这段程序并不能通过编译。x和y是类Point的私 有成员。类的私有成员是只能被它自己的成员函数 (不讨论友元)访问的，而Show函数是在类Rectangle 中定义的，它是类Point子类的成员函数，并不是类 Point的成员函数，因而不能访问x 和y 。
public: Rectangle(int a, int b, int h, int w):Point(a,b) //构造函 //数初始化列表 {H=h; W=w; cout<<"Rectangle..."<<endl;}; void Show(){cout<<"H="<<H<<",W="<<W<<endl;} ~Rectangle(){cout<<"Delete Rectangle"<<endl;} }; void main() { Rectangle r1(3,4,5,6); r1.Showxy(); //派生类对象调用基类的成员函数 r1.Show(); //派生类对象调用派生类的成员函数 }
“每一只黑狗都是狗”，每一个派生类的对象都是基 类的一个对象，于是可以得出赋值兼容规则：所谓赋值 兼容规则是指在公有派生情况下，一个派生类的对象可 以作为基类的对象来使用的情况。 约定类derived 是从类base公有派生而来的，则包含 如下3种情况： ① 派生的对象可以赋给基类的对象。例如： derived d; base b; b = d; ② 派生类的对象可以初始化基类的引用。例如： derived d; base& br = d; ③ 派生类的对象的地址可以赋给指向基类的指针。例如： derived d; base* pb = &d; 但要注意，在后两种情况下，通过pb或br只能访问对象 d 中所继承的基类成员。
【例7.2】演示使用protected成员。 #include <iostream> using namespace std; class Point { protected: int x,y; public: Point(int a, int b){x=a; y=b;} void Show(){cout<<“x=”<<x<<“,y=”<<y<<endl;}; //基类 //的Show()函数 };
C++语言规定，公有派生类的成员函数可直接 访问基类中定义的或基类（从另一个基类）继承来 的公有成员，但不能访问基类的私有成员。为解决 这一矛盾，C++引入了保护成员的概念。 在类声明中，关键字protected之后声明的是类 的保护成员。保护成员具有私有成员和公有成员的 双重角色： 对派生类的成员函数而言，它是公有成员，可以 被访问； 而对其他函数而言则仍是私有成员，不能被访问。
【例7.3】使用Point和Rectangle类演示赋值兼容规则的例子。 void main( ) { //表演公有继承的赋值兼容性规则 Point a(1,2); //基类对象a Rectangle b(3,4,5,6); //派生类对象b a.Show(); b.Show(); Point& ra=b; //派生类对象初始化基类的引用 ra.Show(); //实际调用的是基类的Show函数 Point* p=&b; //派生类对象的地址赋给指向基类的指针 p->Show(); //实际调用的是基类的Show函数 Rectangle* pb=&b; //派生类指针pb pb->Show(); //调用派生类的Show函数 a=b; //派生类对象的属性值更新基类对象的属性值 a.Show(); }
7.2.2 派生类的构造函数和析构函数
假设从基类Point派生一个描述矩形的类 Rectangle 。类Rectangle继承Point类的两个数据 成员作为矩形的一个顶点，再为Rectangle类增加 两个数据成员H 和W，分别描述它的高和宽。 为类Point设计一个构造函数Point(int,int)和 显示数据的函数Showxy。为Rectangle类也设计 构造函数Rectangle(int,int, int, int)和显示函数 Show。由此可见，派生类增加了两个新的数据成 员以及相应的成员函数，同时继承Point的全部成 员。 【例7.1】是它们的程序实现。
7.2 单一继承
7.2.1 单一继承的一般形式
在 C++中，声明单一继承的一般形式为： class 派生类名：访问控制 基类名{ private: 成员声明列表 protected: 成员声明列表 public: 成员声明列表 }; 这里和一般的类的声明一样，用关键字class声明一个新的类。 冒号后面的部分指示这个新类是哪个基类的派生类。所谓“访问 控制”是指如何控制基类成员在派生类中的访问属性，它是3个关 键字public, protected和private 中的一个。 一对大括号“{ }”中是用来声明派生类自己的成员的。
【例7.1】使用默认内联函数实现单一继承。
#include <iostream> using namespace std; class Point { private: int x,y; public: Point(int a, int b){x=a; y=b; cout<<"Point..."<<endl;} void Showxy(){cout<<"x="<<x<<",y="<<y<<endl;} ~Point(){cout<<"Delete Point"<<endl;} }; class Rectangle : public Point { private: int H, W;
所谓“不可访问”，是说一个成员甚至对于 其自身所在类的成员来说也是不可访问的。 在根类（不是从别的类派生出来的类）中，没 有成员是不可访问的。对于根类来说，可能的访 问级别是 private 、public和protected 。但是在派 生类中，可以存在第4种访问级别：不可访问 (inaccessible)。 不可访问成员总是由基类继承来的，要么是基 类的不可访问成员，要么是基类的私有成员。当 希望类的某些成员能够被子类所访问，而又不能 被其他的外界函数访问的时候，就应当把它们定 义为保护的。千万不能把它们定义成私有的，否 则在子类中它们就会是不可访问的。
。但是描述“黑 狗”的类blackdog怎么办？为了能准确地描述这两个 类之间的关系，C++提供了一种机制，使得人们可以 像“黑狗就是黑毛的狗”那样定义一个新类blackdog。 在这种机制下，类blackdog自动拥有类dog的所有成 员，该类的每一个对象都是类dog 的对象，也就是说， “每一条黑狗都是狗”。 “黑狗是黑毛的狗”是从一般的dog类通过特殊化而 得到类blackdog的。这种通过特殊化已有的类来建立 新类的过程，叫做“类的派生”，原有的类叫做“基 类”，新建立的类则叫做“派生类”。这里类dog就 是基类，而blackdog是派生类。 另一方面，从类的成员的角度看，派生类自动地将 基类的所有成员作为自己的成员，这叫做“继承”。 基类和派生类又可以分别叫做“父类”和“子类”， 有时也称为“一般类”和“特殊类”。
7.2.4 访问权限和赋值兼容规则
1. 公有派生和赋值兼容规则
在前面的例子中，使用了公有派生。在公有派生的情况下， 基类成员的访问权限在派生类中保持不变。这就意味着在 程序中： ① 基类的公有成员在派生类中仍然是公有的。 ② 基类的保护成员在派生类中仍然是保护的。 ③ 基类的不可访问的和私有的成员在派生类中也仍然是 不可访问的。



构造函数（包括析构函数）是不被继承的，所 以一个派生类只能调用它的直接基类的构造函 数。 当定义派生类的一个对象时，首先调用基类的 构造函数，对基类成员进行初始化，然后执行 派生类的构造函数，如果某个基类仍是一个派 生类，则这个过程递归进行。 当该对象消失时，析构函数的执行顺序和执行 构造函数时的顺序正好相反。