這篇文章主要介紹了詳解C++中基類與派生類的轉(zhuǎn)換以及虛基類,是C++入門(mén)學(xué)習(xí)中的基礎(chǔ)知識(shí),需要的朋友可以參考下

C++基類與派生類的轉(zhuǎn)換

在公用繼承、私有繼承和保護(hù)繼承中，只有公用繼承能較好地保留基類的特征，它保留了除構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)以外的基類所有成員，基類的公用或保護(hù)成員的訪問(wèn)權(quán)限在派生類中全部都按原樣保留下來(lái)了，在派生類外可以調(diào)用基類的公用成員函數(shù)訪問(wèn)基類的私有成員。因此，公用派生類具有基類的全部功能，所有基類能夠?qū)崿F(xiàn)的功能， 公用派生類都能實(shí)現(xiàn)。而非公用派生類(私有或保護(hù)派生類)不能實(shí)現(xiàn)基類的全部功能(例如在派生類外不能調(diào)用基類的公用成員函數(shù)訪問(wèn)基類的私有成員)。因此，只有公用派生類才是基類真正的子類型，它完整地繼承了基類的功能。

不同類型數(shù)據(jù)之間在一定條件下可以進(jìn)行類型的轉(zhuǎn)換，例如整型數(shù)據(jù)可以賦給雙精度型變量，在賦值之前，把整型數(shù)據(jù)先轉(zhuǎn)換成為雙精度型數(shù)據(jù)，但是不能把一個(gè)整型數(shù)據(jù)賦給指針變量。這種不同類型數(shù)據(jù)之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換和賦值，稱為賦值兼容?，F(xiàn)在要討論 的問(wèn)題是：基類與派生類對(duì)象之間是否也有賦值兼容的關(guān)系，可否進(jìn)行類型間的轉(zhuǎn)換?

回答是可以的?；惻c派生類對(duì)象之間有賦值兼容關(guān)系，由于派生類中包含從基類繼承的成員，因此可以將派生類的值賦給基類對(duì)象，在用到基類對(duì)象的時(shí)候可以用其子類對(duì)象代替。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1) 派生類對(duì)象可以向基類對(duì)象賦值

可以用子類(即公用派生類)對(duì)象對(duì)其基類對(duì)象賦值。如

1. A a1; //定義基類A對(duì)象a1 
2. B b1; //定義類A的公用派生類B的對(duì)象b1 
3. a1=b1; //用派生類B對(duì)象b1對(duì)基類對(duì)象a1賦值 

在賦值時(shí)舍棄派生類自己的成員。也就是“大材小用”，如圖

實(shí)際上，所謂賦值只是對(duì)數(shù)據(jù)成員賦值，對(duì)成員函數(shù)不存在賦值問(wèn)題。

請(qǐng)注意，賦值后不能企圖通過(guò)對(duì)象a1去訪問(wèn)派生類對(duì)象b1的成員，因?yàn)閎1的成員與a1的成員是不同的。假設(shè)age是派生類B中增加的公用數(shù)據(jù)成員，分析下面的用法：

a1.age=23; //錯(cuò)誤，a1中不包含派生類中增加的成員

b1.age=21; //正確，b1中包含派生類中增加的成員

應(yīng)當(dāng)注意，子類型關(guān)系是單向的、不可逆的。B是A的子類型，不能說(shuō)A是B的子類型。只能用子類對(duì)象對(duì)其基類對(duì)象賦值，而不能用基類對(duì)象對(duì)其子類對(duì)象賦值，理由是顯然的，因?yàn)榛悓?duì)象不包含派生類的成員，無(wú)法對(duì)派生類的成員賦值。同理，同一基類的不同派生類對(duì)象之間也不能賦值。

2) 派生類對(duì)象可以替代基類對(duì)象向基類對(duì)象的引用進(jìn)行賦值或初始化

如已定義了基類A對(duì)象a1，可以定義a1的引用變量：

1. A a1; //定義基類A對(duì)象a1 
2. B b1; //定義公用派生類B對(duì)象b1 
3. A& r=a1; //定義基類A對(duì)象的引用變量r，并用a1對(duì)其初始化 

這時(shí)，引用變量r是a1的別名，r和a1共享同一段存儲(chǔ)單元。也可以用子類對(duì)象初始化引用變量r，將上面最后一行改為

1. A& r=b1; //定義基類A對(duì)象的引用變量r，并用派生類B對(duì)象b1對(duì)其初始化 

或者保留上面第3行“A& r=a1;”，而對(duì)r重新賦值：

1. r=b1; //用派生類B對(duì)象b1對(duì)a1的引用變量r賦值 

注意，此時(shí)r并不是b1的別名，也不與b1共享同一段存儲(chǔ)單元。它只是b1中基類部分的別名，r與b1中基類部分共享同一段存儲(chǔ)單元，r與b1具有相同的起始地址。

3) 如果函數(shù)的參數(shù)是基類對(duì)象或基類對(duì)象的引用，相應(yīng)的實(shí)參可以用子類對(duì)象。

如有一函數(shù)：

1. fun: void fun(A& r) //形參是類A的對(duì)象的引用變量 
2. { 
3. cout<<r.num<<endl; 
4. } //輸出該引用變量的數(shù)據(jù)成員num 

函數(shù)的形參是類A的對(duì)象的引用變量，本來(lái)實(shí)參應(yīng)該為A類的對(duì)象。由于子類對(duì)象與派生類對(duì)象賦值兼容，派生類對(duì)象能自動(dòng)轉(zhuǎn)換類型，在調(diào)用fun函數(shù)時(shí)可以用派生類B的對(duì)象b1作實(shí)參：

1. fun(b1); 

輸出類B的對(duì)象b1的基類數(shù)據(jù)成員num的值。

與前相同，在fun函數(shù)中只能輸出派生類中基類成員的值。

4) 派生類對(duì)象的地址可以賦給指向基類對(duì)象的指針變量，也就是說(shuō)，指向基類對(duì)象的指針變量也可以指向派生類對(duì)象。

[例] 定義一個(gè)基類Student(學(xué)生)，再定義Student類的公用派生類Graduate(研究生)， 用指向基類對(duì)象的指針輸出數(shù)據(jù)。本例主要是說(shuō)明用指向基類對(duì)象的指針指向派生類對(duì)象，為了減少程序長(zhǎng)度，在每個(gè)類中只設(shè)很少成員。學(xué)生類只設(shè)num(學(xué)號(hào)),name(名字)和score(成績(jī))3個(gè)數(shù)據(jù)成員，Graduate類只增加一個(gè)數(shù)據(jù)成員pay(工資)。程序如下：

1. #include <iostream> 
2. #include <string> 
3. using namespace std; 
4. class Student//聲明Student類 
5. { 
6. public: 
7. Student(int, string,float); //聲明構(gòu)造函數(shù) 
8. void display( ); //聲明輸出函數(shù) 
9. private: 
10. int num; 
11. string name; 
12. float score; 
13. }; 
14. Student::Student(int n, string nam,float s) //定義構(gòu)造函數(shù) 
15. { 
16. num=n; 
17. name=nam; 
18. score=s; 
19. } 
20. void Student::display( ) //定義輸出函數(shù) 
21. { 
22. cout<<endl<<"num:"<<num<<endl; 
23. cout<<"name:"<<name<<endl; 
24. cout<<"score:"<<score<<endl; 
25. } 
26. class Graduate:public Student //聲明公用派生類Graduate 
27. { 
28. public: 
29. Graduate(int, string ,float,float); //聲明構(gòu)造函數(shù) 
30. void display( ); //聲明輸出函數(shù) 
31. private: 
32. float pay; //工資 
33. }; 
34. //定義構(gòu)造函數(shù) 
35. Graduate::Graduate(int n, string nam,float s,float p):Student(n,nam,s),pay(p){ } 
36. void Graduate::display() //定義輸出函數(shù) 
37. { 
38. Student::display(); //調(diào)用Student類的display函數(shù) 
39. cout<<"pay="<<pay<<endl; 
40. } 
41. int main() 
42. { 
43. Student stud1(1001,"Li",87.5); //定義Student類對(duì)象stud1 
44. Graduate grad1(2001,"Wang",98.5,563.5); //定義Graduate類對(duì)象grad1 
45. Student *pt=&stud1; //定義指向Student類對(duì)象的指針并指向stud1 
46. pt->display( ); //調(diào)用stud1.display函數(shù) 
47. pt=&grad1; //指針指向grad1 
48. pt->display( ); //調(diào)用grad1.display函數(shù) 
49. } 

下面對(duì)程序的分析很重要，請(qǐng)大家仔細(xì)閱讀和思考。

很多讀者會(huì)認(rèn)為，在派生類中有兩個(gè)同名的display成員函數(shù)，根據(jù)同名覆蓋的規(guī)則，被調(diào)用的應(yīng)當(dāng)是派生類Graduate對(duì)象的display函數(shù)，在執(zhí)行Graduate::display函數(shù)過(guò)程中調(diào)用Student::display函數(shù)，輸出num,name,score，然后再輸出pay的值。

事實(shí)上這種推論是錯(cuò)誤的，先看看程序的輸出結(jié)果：

1. num:1001 
2. name:Li 
3. score:87.5 
4.  
5. num:2001 
6. name:wang 
7. score:98.5 

前3行是學(xué)生stud1的數(shù)據(jù)，后3行是研究生grad1的數(shù)據(jù)，并沒(méi)有輸出pay的值。

問(wèn)題在于pt是指向Student類對(duì)象的指針變量，即使讓它指向了grad1，但實(shí)際上pt指向的是grad1中從基類繼承的部分。

通過(guò)指向基類對(duì)象的指針，只能訪問(wèn)派生類中的基類成員，而不能訪問(wèn)派生類增加的成員。所以pt->display()調(diào)用的不是派生類Graduate對(duì)象所增加的display函數(shù)，而是基類的display函數(shù)，所以只輸出研究生grad1的num,name,score3個(gè)數(shù)據(jù)。

如果想通過(guò)指針輸出研究生grad1的pay，可以另設(shè)一個(gè)指向派生類對(duì)象的指針變量ptr，使它指向grad1，然后用ptr->display()調(diào)用派生類對(duì)象的display函數(shù)。但這不大方便。

通過(guò)本例可以看到，用指向基類對(duì)象的指針變量指向子類對(duì)象是合法的、安全的，不會(huì)出現(xiàn)編譯上的錯(cuò)誤。但在應(yīng)用上卻不能完全滿足人們的希望，人們有時(shí)希望通過(guò)使用基類指針能夠調(diào)用基類和子類對(duì)象的成員。如果能做到這點(diǎn)，程序人員會(huì)感到方便。后續(xù)章節(jié)將會(huì)解決這個(gè)問(wèn)題。辦法是使用虛函數(shù)和多態(tài)性。

C++虛基類詳解

多繼承時(shí)很容易產(chǎn)生命名沖突，即使我們很小心地將所有類中的成員變量和成員函數(shù)都命名為不同的名字，命名沖突依然有可能發(fā)生，比如非常經(jīng)典的菱形繼承層次。如下圖所示：

類A派生出類B和類C，類D繼承自類B和類C，這個(gè)時(shí)候類A中的成員變量和成員函數(shù)繼承到類D中變成了兩份，一份來(lái)自 A-->B-->D 這一路，另一份來(lái)自 A-->C-->D 這一條路。

在一個(gè)派生類中保留間接基類的多份同名成員，雖然可以在不同的成員變量中分別存放不同的數(shù)據(jù)，但大多數(shù)情況下這是多余的：因?yàn)楸Ａ舳喾莩蓡T變量不僅占用較多的存儲(chǔ)空間，還容易產(chǎn)生命名沖突，而且很少有這樣的需求。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，C++提供了虛基類，使得在派生類中只保留間接基類的一份成員。

聲明虛基類只需要在繼承方式前面加上 virtual 關(guān)鍵字，請(qǐng)看下面的例子：

1. #include <iostream> 
2. using namespace std; 
3. class A{ 
4. protected: 
5. int a; 
6. public: 
7. A(int a):a(a){} 
8. }; 
9. class B: virtual public A{ //聲明虛基類 
10. protected: 
11. int b; 
12. public: 
13. B(int a, int b):A(a),b(b){} 
14. }; 
15. class C: virtual public A{ //聲明虛基類 
16. protected: 
17. int c; 
18. public: 
19. C(int a, int c):A(a),c(c){} 
20. }; 
21. class D: virtual public B, virtual public C{ //聲明虛基類 
22. private: 
23. int d; 
24. public: 
25. D(int a, int b, int c, int d):A(a),B(a,b),C(a,c),d(d){} 
26. void display(); 
27. }; 
28. void D::display(){ 
29. cout<<"a="<<a<<endl; 
30. cout<<"b="<<b<<endl; 
31. cout<<"c="<<c<<endl; 
32. cout<<"d="<<d<<endl; 
33. } 
34. int main(){ 
35. (new D(1, 2, 3, 4)) -> display(); 
36. return 0; 
37. } 

運(yùn)行結(jié)果：

1. a=1 
2. b=2 
3. c=3 
4. d=4 

本例中我們使用了虛基類，在派生類D中只有一份成員變量 a 的拷貝，所以在 display() 函數(shù)中可以直接訪問(wèn) a，而不用加類名和域解析符。

請(qǐng)注意派生類D的構(gòu)造函數(shù)，與以往的用法有所不同。以往，在派生類的構(gòu)造函數(shù)中只需負(fù)責(zé)對(duì)其直接基類初始化，再由其直接基類負(fù)責(zé)對(duì)間接基類初始化?，F(xiàn)在，由于虛基類在派生類中只有一份成員變量，所以對(duì)這份成員變量的初始化必須由派生類直接給出。如果不由最后的派生類直接對(duì)虛基類初始化，而由虛基類的直接派生類(如類B和類C)對(duì)虛基類初始化，就有可能由于在類B和類C的構(gòu)造函數(shù)中對(duì)虛基類給出不同的初始化參數(shù)而產(chǎn)生矛盾。所以規(guī)定：在最后的派生類中不僅要負(fù)責(zé)對(duì)其直接基類進(jìn)行初始化，還要負(fù)責(zé)對(duì)虛基類初始化。

有的讀者會(huì)提出：類D的構(gòu)造函數(shù)通過(guò)初始化表調(diào)了虛基類的構(gòu)造函數(shù)A，而類B和類C的構(gòu)造函數(shù)也通過(guò)初始化表調(diào)用了虛基類的構(gòu)造函數(shù)A，這樣虛基類的構(gòu)造函數(shù)豈非被調(diào)用了3次?大家不必過(guò)慮，C++編譯系統(tǒng)只執(zhí)行最后的派生類對(duì)虛基類的構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用，而忽略虛基類的其他派生類(如類B和類C)對(duì)虛基類的構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用，這就保證了虛基類的數(shù)據(jù)成員不會(huì)被多次初始化。

最后請(qǐng)注意：為了保證虛基類在派生類中只繼承一次，應(yīng)當(dāng)在該基類的所有直接派生類中聲明為虛基類，否則仍然會(huì)出現(xiàn)對(duì)基類的多次繼承。

可以看到：使用多重繼承時(shí)要十分小心，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)二義性問(wèn)題。上面的例子是簡(jiǎn)單的，如果派生的層次再多一些，多重繼承更復(fù)雜一些，程序員就很容易陷人迷 魂陣，程序的編寫(xiě)、調(diào)試和維護(hù)工作都會(huì)變得更加困難。因此很多程序員不提倡在程序中使用多重繼承，只有在比較簡(jiǎn)單和不易出現(xiàn)二義性的情況或?qū)嵲诒匾獣r(shí)才使用多重繼承，能用單一繼承解決的問(wèn)題就不要使用多重繼承。也正由于這個(gè)原因，C++之后的很多面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言(如Java、Smalltalk、C#、PHP等)并不支持多重繼承。