C++语言程序设计(清华大学郑莉)七ppt课件.ppt

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1、1,第七章 继承与派生,清华大学 郑 莉,C+语言程序设计,2,本章主要内容,类的继承类成员的访问控制单继承与多继承派生类的构造、析构函数类成员的标识与访问深度探索,3,类的继承与派生,保持已有类的特性而构造新类的过程称为继承。在已有类的基础上新增自己的特性而产生新类的过程称为派生。被继承的已有类称为基类（或父类）。派生出的新类称为派生类。,4,继承与派生问题举例,类的继承与派生,5,继承与派生问题举例,类的继承与派生,猫科,6,继承与派生问题举例,类的继承与派生,7,继承与派生问题举例,类的继承与派生,8,继承与派生的目的,继承的目的：实现代码重用。派生的目的：当新的问题出现，原有程序无法解

2、决（或不能完全解决）时，需要对原有程序进行改造。,类的继承与派生,9,派生类的声明,class 派生类名：继承方式 基类名 成员声明；,类的继承与派生,10,继承方式,不同继承方式的影响主要体现在：派生类成员对基类成员的访问权限通过派生类对象对基类成员的访问权限三种继承方式公有继承私有继承保护继承,类成员的访问控制,11,公有继承(public),基类的public和protected成员的访问属性在派生类中保持不变，但基类的private成员不可直接访问。派生类中的成员函数可以直接访问基类中的public和protected成员，但不能直接访问基类的private成员。通过派生类的对象只能访

3、问基类的public成员。,类成员的访问控制,12,例7-1 公有继承举例,class Point /基类Point类的定义public:/公有函数成员void initPoint(float x = 0, float y = 0) this-x = x; this-y = y;void move(float offX, float offY) x += offX; y += offY; float getX() const return x; float getY() const return y; private:/私有数据成员float x, y;,类成员的访问控制,class Rect

4、angle: public Point /派生类定义部分public:/新增公有函数成员void initRectangle(float x, float y, float w, float h) initPoint(x, y); /调用基类公有成员函数this-w = w;this-h = h;float getH() const return h; float getW() const return w; private:/新增私有数据成员float w, h;,13,#include #include using namespace std;int main() Rectangle re

5、ct;/定义Rectangle类的对象/设置矩形的数据rect.initRectangle(2, 3, 20, 10);rect.move(3,2);/移动矩形位置cout The data of rect(x,y,w,h): endl;/输出矩形的特征参数cout rect.getX() , rect.getY() , rect.getW() , rect.getH() endl;return 0;,14,15,私有继承(private),基类的public和protected成员都以private身份出现在派生类中，但基类的private成员不可直接访问。派生类中的成员函数可以直接访问基类

6、中的public和protected成员，但不能直接访问基类的private成员。通过派生类的对象不能直接访问基类中的任何成员。,类成员的访问控制,16,例7-2 私有继承举例,class Rectangle: private Point /派生类定义部分public:/新增公有函数成员void initRectangle(float x, float y, float w, float h) initPoint(x, y); /调用基类公有成员函数this-w = w;this-h = h;void move(float offX, float offY) Point:move(offX,

7、offY);float getX() const return Point:getX(); float getY() const return Point:getY(); float getH() const return h; float getW() const return w; private:/新增私有数据成员float w, h;,类成员的访问控制,#include #include using namespace std;int main() Rectangle rect;/定义Rectangle类的对象rect.initRectangle(2, 3, 20, 10);/设置矩形

8、的数据rect.move(3,2);/移动矩形位置cout The data of rect(x,y,w,h): endl;cout rect.getX() , /输出矩形的特征参数 rect.getY() , rect.getW() , rect.getH() endl;return 0;,17,18,保护继承(protected),基类的public和protected成员都以protected身份出现在派生类中，但基类的private成员不可直接访问。派生类中的成员函数可以直接访问基类中的public和protected成员，但不能直接访问基类的private成员。通过派生类的对象不能直

9、接访问基类中的任何成员,类成员的访问控制,19,rotected 成员的特点与作用,对建立其所在类对象的模块来说，它与 private 成员的性质相同。对于其派生类来说，它与 public 成员的性质相同。既实现了数据隐藏，又方便继承，实现代码重用。,类成员的访问控制,20,例7-3 protected 成员举例,class A protected:int x;int main() A a;a.x = 5; /错误,类成员的访问控制,class A protected:int x;class B: public Apublic:void function();void B:function()

10、 x = 5; /正确,21,22,类型兼容规则,一个公有派生类的对象在使用上可以被当作基类的对象，反之则禁止。具体表现在：派生类的对象可以隐含转换为基类对象。派生类的对象可以初始化基类的引用。派生类的指针可以隐含转换为基类的指针。通过基类对象名、指针只能使用从基类继承的成员,类型兼容,23,例7-4 类型兼容规则举例,#include using namespace std;class Base1 /基类Base1定义public:void display() const cout Base1:display() endl;,类型兼容,class Base2: public Base1 /公

11、有派生类Base2定义public:void display() const cout display();/对象指针-成员名,24,int main() /主函数Base1 base1;/声明Base1类对象Base2 base2;/声明Base2类对象Derived derived;/声明Derived类对象 /用Base1对象的指针调用fun函数fun(,运行结果：B0:display()B0:display()B0:display(),25,26,基类与派生类的对应关系,单继承派生类只从一个基类派生。多继承派生类从多个基类派生。多重派生由一个基类派生出多个不同的派生类。多层派生派生类又

12、作为基类，继续派生新的类。,单继承与多继承,27,多继承时派生类的声明,class 派生类名：继承方式1 基类名1，继承方式2 基类名2，. 成员声明；注意：每一个“继承方式”，只用于限制对紧随其后之基类的继承。,单继承与多继承,28,多继承举例,class A public:void setA(int);void showA() const;private:int a;class B public:void setB(int);void showB() const;,private:int b;class C : public A, private B public:void setC(in

13、t, int, int);void showC() const;private const:int c;,单继承与多继承,void A:setA(int x) a=x; void B:setB(int x) b=x; void C:setC(int x, int y, int z) /派生类成员直接访问基类的/公有成员setA(x); setB(y); c = z;/其他函数实现略,int main() C obj;obj.setA(5);obj.showA();obj.setC(6,7,9);obj.showC();/ obj.setB(6); 错误/ obj.showB(); 错误retu

14、rn 0;,29,30,继承时的构造函数,基类的构造函数不被继承，派生类中需要声明自己的构造函数。定义构造函数时，只需要对本类中新增成员进行初始化，对继承来的基类成员的初始化，自动调用基类构造函数完成。派生类的构造函数需要给基类的构造函数传递参数,派生类的构造、析构函数,31,单一继承时的构造函数,派生类名:派生类名(基类所需的形参，本类成员所需的形参):基类名(参数表)本类成员初始化赋值语句；,派生类的构造、析构函数,32,单一继承时的构造函数举例,#includeusing namecpace std;class B public:B();B(int i);B();void print()

15、 const;private:int b;,派生类的构造、析构函数,B:B() b=0;cout Bs default constructor called. endl;B:B(int i) b=i;cout Bs constructor called. endl;B:B() cout Bs destructor called. endl;void B:print() const cout b endl;,33,class C: public B public:C();C(int i, int j);C();void print() const;private:int c;,34,C:C()

16、c = 0;cout Cs default constructor called. endl;C:C(int i,int j): B(i) c = j;cout Cs constructor called. endl;C:C() cout Cs destructor called. endl;void C:print() const B:print();cout c endl;int main() C obj(5, 6);obj.print();return 0;,35,36,多继承时的构造函数,派生类名:派生类名(参数表):基类名1(基类1初始化参数表), 基类名2(基类2初始化参数表),

17、.基类名n(基类n初始化参数表) 本类成员初始化赋值语句；,派生类的构造、析构函数,37,派生类与基类的构造函数,当基类中声明有缺省构造函数或未声明构造函数时，派生类构造函数可以不向基类构造函数传递参数，也可以不声明，构造派生类的对象时，基类的缺省构造函数将被调用。当需要执行基类中带形参的构造函数来初始化基类数据时，派生类构造函数应在初始化列表中为基类构造函数提供参数。,派生类的构造、析构函数,38,多继承且有内嵌对象时的构造函数,派生类名:派生类名(形参表):基类名1(参数), 基类名2(参数), .基类名n(参数)，新增成员对象的初始化 本类成员初始化赋值语句；,派生类的构造、析构函数,3

18、9,构造函数的执行顺序,1 调用基类构造函数，调用顺序按照它们被继承时声明的顺序（从左向右）。2 对成员对象进行初始化，初始化顺序按照它们在类中声明的顺序。3执行派生类的构造函数体中的内容。,派生类的构造、析构函数,40,拷贝构造函数,若建立派生类对象时没有编写拷贝构造函数，编译器会生成一个隐含的拷贝构造函数，该函数先调用基类的拷贝构造函数，再为派生类新增的成员对象执行拷贝。若编写派生类的拷贝构造函数，则需要为基类相应的拷贝构造函数传递参数。例如:C:C(C &c1): B(c1) ,派生类的构造、析构函数,41,例7-4 派生类构造函数举例,#include using namespace

19、std;class Base1 /基类Base1，构造函数有参数public:Base1(int i) cout Constructing Base1 i endl; ;class Base2 /基类Base2，构造函数有参数public:Base2(int j) cout Constructing Base2 j endl; ;class Base3 /基类Base3，构造函数无参数public:Base3() cout Constructing Base3 * endl; ;,派生类的构造、析构函数,class Derived: public Base2, public Base1, pu

20、blic Base3 /派生新类Derived，注意基类名的顺序public:/派生类的公有成员Derived(int a, int b, int c, int d): Base1(a), member2(d), member1(c), Base2(b) /注意基类名的个数与顺序，/注意成员对象名的个数与顺序private:/派生类的私有成员对象Base1 member1;Base2 member2;Base3 member3;int main() Derived obj(1, 2, 3, 4);return 0;,运行结果：constructing Base2 2constructing B

21、ase1 1constructing Base3 *constructing Base1 3constructing Base2 4constructing Base3 *,42,43,继承时的析构函数,析构函数也不被继承，派生类自行声明声明方法与一般（无继承关系时）类的析构函数相同。不需要显式地调用基类的析构函数，系统会自动隐式调用。析构函数的调用次序与构造函数相反。,派生类的构造、析构函数,44,例7-5 派生类析构函数举例,派生类的构造、析构函数,#include using namespace std;class Base1 /基类Base1，构造函数有参数public:Base1(i

22、nt i) cout Constructing Base1 i endl; Base1() cout Destructing Base1 endl; ;class Base2 /基类Base2，构造函数有参数public:Base2(int j) cout Constructing Base2 j endl; Base2() cout Destructing Base2 endl; ;class Base3 /基类Base3，构造函数无参数public:Base3() cout Constructing Base3 * endl; Base3() cout Destructing Base3

23、endl; ;,class Derived: public Base2, public Base1, public Base3 /派生新类Derived，注意基类名的顺序public:/派生类的公有成员Derived(int a, int b, int c, int d): Base1(a), member2(d), member1(c), Base2(b) /注意基类名的个数与顺序，注意成员对象名的个数与顺序private:/派生类的私有成员对象Base1 member1;Base2 member2;Base3 member3;int main() Derived obj(1, 2, 3,

24、4);return 0;,45,46,例7-5 运行结果,Constructing Base2 2Constructing Base1 1Constructing Base3 *Constructing Base1 3Constructing Base2 4Constructing Base3 *Destructing Base3Destructing Base2Destructing Base1Destructing Base3Destructing Base1Destructing Base2,47,同名隐藏规则,当派生类与基类中有相同成员时：若未强行指名，则通过派生类对象使用的是派生类中

25、的同名成员。如要通过派生类对象访问基类中被隐藏的同名成员，应使用基类名限定。,派生类成员的标识与访问,48,例7-6 多继承同名隐藏举例(1),派生类成员的标识与访问,#include using namespace std;class Base1 /定义基类Base1public:int var;void fun() cout Member of Base1 endl; ;class Base2 /定义基类Base2public:int var;void fun() cout Member of Base2 endl; ;class Derived: public Base1, public

26、 Base2 /定义派生类Derivedpublic:int var;/同名数据成员void fun() cout Member of Derived endl; /同名函数成员;,int main() Derived d;Derived *p = ,49,50,二义性问题,在多继承时，基类与派生类之间，或基类之间出现同名成员时，将出现访问时的二义性（不确定性）采用虚函数（参见第8章）或同名隐藏规则来解决。当派生类从多个基类派生，而这些基类又从同一个基类派生，则在访问此共同基类中的成员时，将产生二义性采用虚基类来解决。,派生类成员的标识与访问,51,二义性问题举例（一）,class A pub

27、lic:void f();class B public:void f();void g();,class C: public A, piblic B public:void g();void h();如果定义：C c1;则 c1.f() 具有二义性而 c1.g() 无二义性（同名隐藏）,派生类成员的标识与访问,52,二义性的解决方法,解决方法一：用类名来限定c1.A:f() 或 c1.B:f()解决方法二：同名隐藏在C 中声明一个同名成员函数f()，f()再根据需要调用 A:f() 或 B:f(),派生类成员的标识与访问,53,二义性问题举例（二）,class B public:int b;c

28、lass B1: public B private:int b1;class B2: public B private:int b2;,class C : public B1,public B2 public:int f();private:int d;,派生类成员的标识与访问,有二义性：C c;c.bc.B:b,无二义性：c.B1:bc.B2:b,54,虚基类,虚基类的引入用于有共同基类的场合声明以virtual修饰说明基类例：class B1:virtual public B作用主要用来解决多继承时可能发生的对同一基类继承多次而产生的二义性问题.为最远的派生类提供唯一的基类成员，而不重复产

29、生多次拷贝注意：在第一级继承时就要将共同基类设计为虚基类。,55,虚基类举例,class B public: int b; ;class B1: virtual public B public: int b1; ;class B2: virtual public B public: int b2; ;class C: public B1, public B2 public: float d; ;下面的访问是正确的：C cobj;cobj.b;,虚 基 类,56,例7-8虚基类举例,虚 基 类,#include using namespace std;class Base0 /定义基类Base0

30、public:int var0;void fun0() cout Member of Base0 endl; ;class Base1: virtual public Base0 /定义派生类Base1public:/新增外部接口int var1;class Base2: virtual public Base0 /定义派生类Base2public:/新增外部接口int var2;,57,class Derived: public Base1, public Base2 /定义派生类Derived public:/新增外部接口int var;void fun() cout Member of

31、Derived endl;int main() /程序主函数Derived d;/定义Derived类对象dd.var0 = 2;/直接访问虚基类的数据成员d.fun0();/直接访问虚基类的函数成员return 0;,58,59,虚基类及其派生类构造函数,建立对象时所指定的类称为最（远）派生类。虚基类的成员是由最派生类的构造函数通过调用虚基类的构造函数进行初始化的。在整个继承结构中，直接或间接继承虚基类的所有派生类，都必须在构造函数的成员初始化表中给出对虚基类的构造函数的调用。如果未列出，则表示调用该虚基类的默认构造函数。在建立对象时，只有最派生类的构造函数调用虚基类的构造函数，该派生类的其

32、他基类对虚基类构造函数的调用被忽略。,虚 基 类,60,有虚基类时的构造函数举例,虚 基 类,#include using namespace std;class Base0 /定义基类Base0public:Base0(int var) : var0(var) int var0;void fun0() cout Member of Base0 endl; ;class Base1: virtual public Base0 /定义派生类Base1public:/新增外部接口Base1(int var) : Base0(var) int var1;class Base2: virtual pu

33、blic Base0 /定义派生类Base2public:/新增外部接口Base2(int var) : Base0(var) int var2;,class Derived: public Base1, public Base2 /定义派生类Derivedpublic:/新增外部接口Derived(int var) : Base0(var), Base1(var), Base2(var) int var;void fun() cout Member of Derived endl; ;int main() /程序主函数Derived d(1);/定义Derived类对象dd.var0 = 2

34、;/直接访问虚基类的数据成员d.fun0();/直接访问虚基类的函数成员return 0;,61,组合与继承,组合与继承：通过已有类来构造新类的两种基本方式组合：B类中存在一个A类型的内嵌对象有一个（has-a）关系：表明每个B类型对象“有一个” A类型对象A类型对象与B类型对象是部分与整体关系B类型的接口不会直接作为A类型的接口,62,深 度 探 索,“has-a”举例,class Engine /发动机类public:void work();/发动机运转;class Wheel /轮子类public:void roll();/轮子转动;class Automobile /汽车类public

35、:void move();/汽车移动private:Engine engine;/汽车引擎Wheel wheels4;/4个车轮;,意义一辆汽车有一个发动机一辆汽车有四个轮子接口作为整体的汽车不再具备发动机的运转功能，和轮子的转动功能，但通过将这些功能的整合，具有了自己的功能移动,63,深 度 探 索,公有继承的意义,公有继承：A类是B类的公有基类是一个（is-a）关系：表明每个B类型对象“是一个” A类型对象A类型对象与B类型对象是一般与特殊关系回顾类的兼容性原则：在需要基类对象的任何地方，都可以使用公有派生类的对象来替代B类型对象包括A类型的全部接口,64,深 度 探 索,“is-a”举例

36、,class Truck: public Automobile/卡车public:void load();/装货void dump();/卸货private:;class Pumper: public Automobile /消防车public:void water();/喷水private:;,意义卡车是汽车消防车是汽车接口卡车和消防车具有汽车的通用功能（移动）它们还各自具有自己的功能（卡车：装货、卸货；消防车：喷水）,65,深 度 探 索,派生类对象的内存布局,派生类对象的内存布局因编译器而异内存布局应使类型兼容规则便于实现一个基类指针，无论其指向基类对象，还是派生类对象，通过它来访问一个

37、基类中定义的数据成员，都可以用相同的步骤不同情况下的内存布局单继承：基类数据在前，派生类新增数据在后多继承：各基类数据按顺序在前，派生类新增数据在后虚继承：需要增加指针，间接访虚基类数据,66,深 度 探 索,单继承情形,class Base ;class Derived: public Base ;Derived *pd = new Derived();Base *pb = pd;,67,Derived类型指针pd转换为Base类型指针时，地址不需要改变,深 度 探 索,多继承情形,class Base1 ;class Base2 ;class Derived: public Base1,

38、public Base2 ;Derived *pd = new Derived();Base1 *pb1 = pd;Base2 *pb2 = pd;,68,Derived类型指针pd转换为Base2类型指针时，原地址需要增加一个偏移量,深 度 探 索,虚拟继承情形,class Base0 ;class Base1: virtual public Base0 ;class Base2: virtual public Base0 ;class Derived: public Base1, public Base2 ;Derived *pd = new Derived();Base1 *pb1 =

39、pd;Base2 *pb2 = pd;Base0 *pb0 = pb1;,69,通过指针间接访问虚基类的数据成员,深 度 探 索,基类向派生的转换,基类向派生类的转换基类指针可以转换为派生类指针基类引用可以转换为派生类引用需要用static_cast显式转换例：Base *pb = new Derived();Derived *pd = static_cast(pd);Derived d;Base ,70,深 度 探 索,类型转换时的注意事项(1),基类对象一般无法被显式转换为派生类对象对象到对象的转换，需要调用构造函数创建新的对象派生类的拷贝构造函数无法接受基类对象作为参数执行基类向派生类的

40、转换时，一定要确保被转换的指针和引用所指向或引用的对象符合转换的目的类型：对于Derived *pd = static_cast(pb);一定要保证pb所指向的对象具有Derived类型，或者是Derived类型的派生类。,71,深 度 探 索,类型转换时的注意事项(2),如果A类型是B类型的虚拟基类，A类型指针无法通过static_cast隐含转换为B类型的指针可以结合虚继承情况下的对象内存布局，思考为什么不允许这种转换void指针参加的转换，可能导致不可预期的后果：例：（Base2是Derived的第二个公共基类）Derived *pd = new Derived();void *pv = pd;/将Derived指针转换为void指针Base2 *pb = static_cast(pv);转换后pb与pd有相同的地址，而正常的转换下应有一个偏移量结论：有void指针参与的转换，兼容性规则不适用更安全更灵活的基类向派生类转换方式dynamic_cast，将在下一讲介绍,72,深 度 探 索,73,小结与复习建议,主要内容类的继承、类成员的访问控制、单继承与多继承、派生类的构造和析构函数、类成员的标识与访问达到的目标理解类的继承关系，学会使用继承关系实现代码的重用。实验任务实验七,