《c++继承与派生》课件

C++继承与派生本课件将深入讲解C++中的继承与派生，涵盖基本概念、不同继承方式、虚函数和虚基类、构造和析构函数、静态成员、访问控制、类型转换以及继承的应用场景等内容。C++中的继承代码复用继承是一种面向对象编程的重要机制，它允许我们创建新的类（派生类）并继承已有类的属性和方法（基类），从而实现代码复用，减少冗余代码。代码扩展继承可以用来扩展现有类的功能，派生类可以添加新的属性和方法，从而实现对基类功能的扩展。多态实现继承是多态实现的基础，通过虚函数和抽象类，我们可以实现不同类型的对象执行同一方法的不同行为，提高代码的可扩展性和灵活性。继承的概念和特点继承是面向对象编程中的一种机制，它允许一个类（派生类）继承另一个类（基类）的属性和方法。派生类可以访问基类的所有公共成员和受保护成员，但不能直接访问基类的私有成员。继承关系是一种“is-a”关系，例如，汽车“is-a”交通工具。基类与派生类基类基类是被继承的类，也称为父类或超类。它定义了派生类所继承的属性和方法。派生类派生类是继承自基类的类，也称为子类或派生类。它可以继承基类的属性和方法，并添加新的属性和方法。继承的形式1公有继承（public）：派生类继承基类的所有公共成员和受保护成员，并将其作为自己的公共成员。2保护继承（protected）：派生类继承基类的所有公共成员和受保护成员，并将其作为自己的受保护成员。3私有继承（private）：派生类继承基类的所有公共成员和受保护成员，并将其作为自己的私有成员。公有继承代码示例classAnimal{public:voidmove(){cout<<"动物正在移动"<<endl;}};classDog:publicAnimal{public:voidbark(){cout<<"狗在叫"<<endl;}};继承特点在公有继承中，派生类可以访问基类的所有公共成员和受保护成员，并将其作为自己的公共成员。这意味着派生类的对象可以像使用基类对象一样使用继承的成员。保护继承代码示例classAnimal{protected:intage;public:voidsetAge(inta){age=a;}intgetAge(){returnage;}};classDog:protectedAnimal{public:voidbark(){cout<<"狗在叫"<<endl;}};继承特点保护继承允许派生类访问基类的所有公共成员和受保护成员，但将其作为自己的受保护成员。这意味着派生类可以访问这些成员，但其子类只能通过派生类来访问它们。私有继承代码示例classAnimal{private:intage;public:voidsetAge(inta){age=a;}intgetAge(){returnage;}};classDog:privateAnimal{public:voidbark(){cout<<"狗在叫"<<endl;}};继承特点私有继承将基类的所有公共成员和受保护成员都作为派生类的私有成员。这意味着派生类可以访问这些成员，但其子类和外部代码都不能直接访问。多重继承代码示例classA{public:voidmethodA(){cout<<"A类的方法"<<endl;}};classB{public:voidmethodB(){cout<<"B类的方法"<<endl;}};classC:publicA,publicB{public:voidmethodC(){cout<<"C类的方法"<<endl;}};继承特点多重继承允许一个派生类继承多个基类。派生类可以继承所有基类的公共成员和受保护成员，但需要明确指定继承方式，例如公有继承、保护继承或私有继承。虚函数和虚基类1虚函数是指在基类中声明为virtual的函数，它允许在派生类中重写基类中的函数，从而实现多态性。2虚基类是指在继承关系中被多个派生类共享的基类，它确保派生类的对象只包含基类的一个副本，而不是多个副本。虚函数的实现代码示例classAnimal{public:virtualvoidmakeSound(){cout<<"动物在叫"<<endl;}};classDog:publicAnimal{public:voidmakeSound()override{cout<<"狗在叫"<<endl;}};classCat:publicAnimal{public:voidmakeSound()override{cout<<"猫在叫"<<endl;}};实现机制虚函数的实现利用虚函数表（vtable）来实现。每个类都有一个虚函数表，其中存储了该类的所有虚函数的地址。派生类重写虚函数后，会更新自己的虚函数表，指向新实现的函数地址。虚函数与多态代码示例Animal*animal=newDog();animal->makeSound();//输出:狗在叫animal=newCat();animal->makeSound();//输出:猫在叫多态实现通过虚函数，我们可以使用基类指针指向不同类型的派生类对象，并调用相同的方法，但执行不同的行为。这就是多态性的体现，它允许我们用统一的方式处理不同类型的对象。纯虚函数与抽象类代码示例classShape{public:virtualdoublegetArea()=0;//纯虚函数};classCircle:publicShape{public:doublegetArea()override{return3.14159*radius*radius;}private:doubleradius;};概念解释纯虚函数是虚函数，但没有函数体。抽象类是指包含至少一个纯虚函数的类。抽象类不能直接实例化，只能作为基类被继承，用于定义接口，强制派生类实现纯虚函数。抽象类的使用代码示例Shape*shape=newCircle(5);//创建一个圆形对象cout<<shape->getArea()<<endl;//输出:78.5397应用场景抽象类主要用于定义接口，强制派生类实现特定的方法，例如在图形系统中，使用Shape类来定义图形的接口，不同的图形类（圆形、矩形等）需要实现getArea()方法来计算面积。构造函数与析构函数构造函数构造函数是在创建对象时自动调用的函数，用于初始化对象的成员变量。它与类同名，没有返回值类型。析构函数析构函数是在对象销毁时自动调用的函数，用于释放对象占用的资源。它以“~”开头，后面跟类名，没有返回值类型。构造函数的继承代码示例classAnimal{public:Animal(stringname):name(name){cout<<"Animal构造函数"<<endl;}private:stringname;};classDog:publicAnimal{public:Dog(stringname,intage):Animal(name),age(age){cout<<"Dog构造函数"<<endl;}private:intage;};继承特点派生类的构造函数必须先调用基类的构造函数来初始化基类成员，可以使用初始化列表来实现。初始化列表中的基类构造函数调用必须放在派生类构造函数参数列表之后。析构函数的继承代码示例classAnimal{public:Animal(stringname):name(name){cout<<"Animal构造函数"<<endl;}~Animal(){cout<<"Animal析构函数"<<endl;}private:stringname;};classDog:publicAnimal{public:Dog(stringname,intage):Animal(name),age(age){cout<<"Dog构造函数"<<endl;}~Dog(){cout<<"Dog析构函数"<<endl;}private:intage;};继承特点派生类的析构函数会在对象销毁时自动调用，它会先调用基类的析构函数来释放基类成员占用的资源，然后释放派生类成员占用的资源。虚析构函数代码示例classAnimal{public:virtual~Animal(){cout<<"Animal析构函数"<<endl;}};classDog:publicAnimal{public:~Dog(){cout<<"Dog析构函数"<<endl;}};应用场景当使用基类指针指向派生类对象时，如果基类的析构函数不是虚函数，那么在释放基类指针时，只有基类的析构函数会被调用，派生类的析构函数不会被调用，导致内存泄漏。为了避免这种情况，需要将基类的析构函数声明为虚函数。利用初始化列表代码示例classAnimal{public:Animal(stringname):name(name){}private:stringname;};classDog:publicAnimal{public:Dog(stringname,intage):Animal(name),age(age){}private:intage;};使用建议在派生类的构造函数中，使用初始化列表来初始化成员变量是一种良好的编程习惯，因为它可以提高代码的可读性和效率。例如，在上面的代码中，我们使用初始化列表来初始化基类Animal中的name成员变量和派生类Dog中的age成员变量。继承中的静态成员代码示例classAnimal{public:staticintcount;};intAnimal::count=0;//静态成员初始化classDog:publicAnimal{public:voidbark(){cout<<"狗在叫"<<endl;}};继承特点静态成员属于类，而不是对象，每个类只有一个静态成员的副本。派生类可以继承基类的静态成员，但不能修改基类的静态成员。在派生类中，可以使用基类名和作用域运算符来访问基类的静态成员。继承中的静态成员函数代码示例classAnimal{public:staticvoidprintCount(){cout<<"动物数量:"<<count<<endl;}private:staticintcount;};intAnimal::count=0;classDog:publicAnimal{public:voidbark(){cout<<"狗在叫"<<endl;}};继承特点静态成员函数属于类，而不是对象，它可以通过类名和作用域运算符来调用。派生类可以继承基类的静态成员函数，并可以直接调用它们。访问控制与继承代码示例classA{private:inta;protected:intb;public:intc;};classB:publicA{public:voidprintB(){cout<<b<<endl;//可以访问保护成员b}};访问控制在继承中，派生类对基类成员的访问权限取决于基类成员的访问控制和继承方式。例如，在公有继承中，派生类可以访问基类的公共成员和受保护成员，但不能访问基类的私有成员。保护成员的特点1保护成员是基类中声明为protected的成员变量和方法。它们只能被基类本身和其派生类访问。2保护成员通常用于定义基类内部需要被派生类访问但不想被外部代码访问的成员。保护成员的继承代码示例classAnimal{protected:stringname;public:Animal(stringname):name(name){}};classDog:publicAnimal{public:voidprintName(){cout<<name<<endl;//可以访问保护成员name}};继承特点在保护继承中，派生类将继承基类的保护成员，并将其作为自己的保护成员。这意味着派生类可以访问这些成员，但其子类只能通过派生类来访问它们。类型转换与继承1动态类型转换：在运行时根据对象的实际类型进行类型转换，使用dynamic_cast运算符。2静态类型转换：在编译时根据变量的声明类型进行类型转换，使用static_cast运算符。动态类型转换代码示例classAnimal{public:virtualvoidmakeSound(){cout<<"动物在叫"<<endl;}};classDog:publicAnimal{public:voidmakeSound()override{cout<<"狗在叫"<<endl;}};Animal*animal=newDog();Dog*dog=dynamic_cast(animal);if(dog!=nullptr){dog->bark();//只有当animal指向Dog对象时，才能调用bark()方法}else{cout<<"animal不是Dog类型的对象"<<endl;}应用场景动态类型转换主要用于在运行时根据对象的实际类型执行不同的操作。例如，在图形系统中，使用dynamic_cast来判断一个图形对象是否是圆形，如果是，则调用其计算面积的方法。静态类型转换代码示例classAnimal{public:Animal(stringname):name(name){}private:stringname;};classDog:publicAnimal{public:Dog(stringname,intage):Animal(name),age(age){}private:intage;};Dog*dog=newDog("旺财",3);Animal*animal=static_cast(dog);//将Dog对象转换为Animal对象应用场景静态类型转换主要用于在编译时进行类型转换，它是一种安全的类型转换，不会导致运行时错误。例如，将派生类对象转换为基类对象时，可以使用static_cast运算符。常量对象与继承代码示例classAnimal{public:Animal(stringname):name(name){}voidprintName()const{cout<<name<<endl;}private:stringname;};constAnimalanimal("小猫");//创建一个常量Animal对象animal.printName();//可以调用常量成员函数继承特点常量对象不能修改其成员变量的值。常量成员函数是指声明为const的成员函数，它不能修改对象的状态。常量对象只能调用常量成员函数，以确保其状态不会被改变。常量成员函数代码示例classAnimal{public:Animal(stringname):name(name){}voidprintName()const{cout<<name<<endl;}private:stringname;};使用建议如果一个成员函数不修改对象的状态，那么应该将其声明为const成员函数，这样可以提高代码的可读性和安全性。例如，在上面的代码中，printName()函数只输出对象的name成员变量的值，它不修改对象的状态，因此应该将其声明为const成员函数。常量对象的初始化代码示例classAnimal{public:Animal(stringname):name(name){}private:stringname;};constAnimalanimal("小猫");//创建一个常量Animal对象初始化方法常量对象必须在声明时进行初始化，并且初始化值必须是常量表达式，例如字面量或常量变量。常量对象不能在构造函数中进行初始化。常量引用代码示例constAnimalanimal("小猫");constAnimal&ref=animal;//创建一个常量引用应用场景常量引用可以用来引用常量对象，它可以保证引用的对象不会被修改。常量引用可以提高代码的效率和安全性。友元与继承代码示例classAnimal{private:stringname;friendclassDog;//声明Dog类为Animal类的友元类};classDog{public:voidprintName(Animal&animal){cout<<<<endl;//可以访问Animal类的私有成员name}};继承特点友元关系不具有传递性，也就是说，如果A类是B类的友元，而B类是C类的友元，那么A类并不一定是C类的友元。友元关系是用来打破类的封装性，在某些情况下可以提高代码的效率或灵活性。友元函数的调用代码示例Animalanimal("小猫");Dogdog;dog.printName(animal);//通过Dog类的友元函数访问Animal类的私有成员调用方式友元函数可以通过友元关系访问类的私有成员和保护成员。友元函数可以通过对象名和作用域运算符来调用，也可以通过友元类的对象来调用。友元类的定义代码示例classAnimal{private:stringname;friendclassDog;//声明Dog类为Animal类的友元类};classDog{public:voidprintName(Animal&animal){cout<<<<endl;//可以访问Animal类的私有成员name}};定义方法友元类可以通过在友元类的声明中使用friend关键字来定义。友元类可以访问友元类的所有成员，包括私有成员和保护成员。继承与公有成员访问代码示例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("旺财",3);dog.printName();//可以访问基类的公有成员printName()访问特点在公有继承中，派生类可以访问基类的所有公有成员和受保护成员，并将其作为自己的公有成员。这意味着派生类可以像使用基类对象一样使用继承的成员。继承与保护成员访问代码示例classAnimal{protected:stringname;public:Animal(stringname):name(name){}};classDog:publicAnimal{public:Dog(stringname,intage):Animal(name),age(age){}voidprintName(){cout<<name<<endl;//可以访问基类的保护成员name}private:intage;};Dogdog("旺财",3);dog.printName();//可以访问基类的保护成员name访问特点在公有继承中，派生类可以访问基类的所有公有成员和受保护成员。这意味着派生类可以像使用基类对象一样使用继承的成员。继承与私有成员访问代码示例classAnimal{private:stringname;public:Animal(stringname):name(name){}};classDog:publicAnimal{public:Dog(stringname,intage):Animal(name),age(age){}private:intage;};Dogdog("旺财",3);//="小黑";//错误:不能访问基类的私有成员name访问特点在所有继承方式中，派生类都不能直接访问基类的私有成员。这是因为私有成员是基类内部的私有数据，它们只能被基类本身访问，不能被任何其他类访问，包括派生类。继承的应用场景图形系统使用基类Shape来定义图形的接口，不同的