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)成員的訪問權(quán)限在派生類中全部都按原樣保留下來了，在派生類外可以調(diào)用基類的公用成員函數(shù)訪問基類的私有成員。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， 公用派生類都能實現(xiàn)。而非公用派生類（私有或保護(hù)派生類）不能實現(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)之間的自動轉(zhuǎn)換和賦值，稱為賦值兼容。現(xiàn)在要討論 的問題是：基類與派生類對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。基類與派生類對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象，在用到基類對象的時候可以用其子類對象代替。具體表現(xiàn)在以下幾個方面。
1) 派生類對象可以向基類對象賦值
可以用子類(即公用派生類)對象對其基類對象賦值。如
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A a1; //定義基類A對象a1B b1; //定義類A的公用派生類B的對象b1a1=b1; //用派生類B對象b1對基類對象a1賦值 |
在賦值時舍棄派生類自己的成員。也就是“大材小用”，如圖
實際上，所謂賦值只是對數(shù)據(jù)成員賦值，對成員函數(shù)不存在賦值問題。
請注意，賦值后不能企圖通過對象a1去訪問派生類對象b1的成員，因為b1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A是B的子類型。只能用子類對象對其基類對象賦值，而不能用基類對象對其子類對象賦值，理由是顯然的，因為基類對象不包含派生類的成員，無法對派生類的成員賦值。同理，同一基類的不同派生類對象之間也不能賦值。
2) 派生類對象可以替代基類對象向基類對象的引用進(jìn)行賦值或初始化
如已定義了基類A對象a1，可以定義a1的引用變量：
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A a1; //定義基類A對象a1B b1; //定義公用派生類B對象b1A& r=a1; //定義基類A對象的引用變量r，并用a1對其初始化 |
這時，引用變量r是a1的別名，r和a1共享同一段存儲單元。也可以用子類對象初始化引用變量r，將上面最后一行改為
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A& r=b1; //定義基類A對象的引用變量r，并用派生類B對象b1對其初始化 |
或者保留上面第3行“A& r=a1;”，而對r重新賦值：
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r=b1; //用派生類B對象b1對a1的引用變量r賦值 |
注意，此時r并不是b1的別名，也不與b1共享同一段存儲單元。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)是基類對象或基類對象的引用，相應(yīng)的實參可以用子類對象。
如有一函數(shù)：
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fun: void fun(A& r) //形參是類A的對象的引用變量{ cout<<r.num<<endl;} //輸出該引用變量的數(shù)據(jù)成員num |
函數(shù)的形參是類A的對象的引用變量，本來實參應(yīng)該為A類的對象。由于子類對象與派生類對象賦值兼容，派生類對象能自動轉(zhuǎn)換類型，在調(diào)用fun函數(shù)時可以用派生類B的對象b1作實參：
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fun(b1); |
輸出類B的對象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) 派生類對象的地址可以賦給指向基類對象的指針變量，也就是說，指向基類對象的指針變量也可以指向派生類對象。
[例] 定義一個基類Student(學(xué)生)，再定義Student類的公用派生類Graduate(研究生)， 用指向基類對象的指針輸出數(shù)據(jù)。本例主要是說明用指向基類對象的指針指向派生類對象，為了減少程序長度，在每個類中只設(shè)很少成員。學(xué)生類只設(shè)num(學(xué)號),name(名字)和score(成績)3個數(shù)據(jù)成員，Graduate類只增加一個數(shù)據(jù)成員pay(工資)。程序如下：
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#include <iostream>#include <string>using namespace std;class Student//聲明Student類{public: Student(int, string,float); //聲明構(gòu)造函數(shù) void display( ); //聲明輸出函數(shù)private: int num; string name; float score;};Student::Student(int n, string nam,float s) //定義構(gòu)造函數(shù){ num=n; name=nam; score=s;}void Student::display( ) //定義輸出函數(shù){ cout<<endl<<"num:"<<num<<endl; cout<<"name:"<<name<<endl; cout<<"score:"<<score<<endl;}class Graduate:public Student //聲明公用派生類Graduate{public: Graduate(int, string ,float,float); //聲明構(gòu)造函數(shù) void display( ); //聲明輸出函數(shù)private: float pay; //工資};//定義構(gòu)造函數(shù)Graduate::Graduate(int n, string nam,float s,float p):Student(n,nam,s),pay(p){ }void Graduate::display() //定義輸出函數(shù){ Student::display(); //調(diào)用Student類的display函數(shù) cout<<"pay="<<pay<<endl;}int main(){ Student stud1(1001,"Li",87.5); //定義Student類對象stud1 Graduate grad1(2001,"Wang",98.5,563.5); //定義Graduate類對象grad1 Student *pt=&stud1; //定義指向Student類對象的指針并指向stud1 pt->display( ); //調(diào)用stud1.display函數(shù) pt=&grad1; //指針指向grad1 pt->display( ); //調(diào)用grad1.display函數(shù)} |
下面對程序的分析很重要，請大家仔細(xì)閱讀和思考。
很多讀者會認(rèn)為，在派生類中有兩個同名的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對象的display函數(shù)，在執(zhí)行Graduate::display函數(shù)過程中調(diào)用Student::display函數(shù)，輸出num,name,score，然后再輸出pay的值。
事實上這種推論是錯誤的，先看看程序的輸出結(jié)果：
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num:1001name:Liscore:87.5num:2001name:wangscore: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)，并沒有輸出pay的值。
問題在于pt是指向Student類對象的指針變量，即使讓它指向了grad1，但實際上pt指向的是grad1中從基類繼承的部分。
通過指向基類對象的指針，只能訪問派生類中的基類成員，而不能訪問派生類增加的成員。所以pt->display()調(diào)用的不是派生類Graduate對象所增加的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個數(shù)據(jù)。
如果想通過指針輸出研究生grad1的pay，可以另設(shè)一個指向派生類對象的指針變量ptr，使它指向grad1，然后用ptr->display()調(diào)用派生類對象的display函數(shù)。但這不大方便。
通過本例可以看到，用指向基類對象的指針變量指向子類對象是合法的、安全的，不會出現(xiàn)編譯上的錯誤。但在應(yīng)用上卻不能完全滿足人們的希望，人們有時希望通過使用基類指針能夠調(diào)用基類和子類對象的成員。如果能做到這點，程序人員會感到方便。后續(xù)章節(jié)將會解決這個問題。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，這個時候類A中的成員變量和成員函數(shù)繼承到類D中變成了兩份，一份來自 A-->B-->D 這一路，另一份來自 A-->C-->D 這一條路。
在一個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：因為保留多份成員變量不僅占用較多的存儲空間，還容易產(chǎn)生命名沖突，而且很少有這樣的需求。
為了解決這個問題，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，請看下面的例子：
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#include <iostream>using namespace std;class A{protected: int a;public: A(int a):a(a){}};class B: virtual public A{ //聲明虛基類protected: int b;public: B(int a, int b):A(a),b(b){}};class C: virtual public A{ //聲明虛基類protected: int c;public: C(int a, int c):A(a),c(c){}};class D: virtual public B, virtual public C{ //聲明虛基類private: int d;public: D(int a, int b, int c, int d):A(a),B(a,b),C(a,c),d(d){} void display();};void D::display(){ cout<<"a="<<a<<endl; cout<<"b="<<b<<endl; cout<<"c="<<c<<endl; cout<<"d="<<d<<endl;}int main(){ (new D(1, 2, 3, 4)) -> display(); return 0;} |
運(yùn)行結(jié)果：
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a=1b=2c=3d=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 a，而不用加類名和域解析符。
請注意派生類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)對其直接基類初始化，再由其直接基類負(fù)責(zé)對間接基類初始化?，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虛基類初始化，而由虛基類的直接派生類（如類B和類C）對虛基類初始化，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)對其直接基類進(jìn)行初始化，還要負(fù)責(zé)對虛基類初始化。
有的讀者會提出：類D的構(gòu)造函數(shù)通過初始化表調(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？大家不必過慮，C++編譯系統(tǒng)只執(zhí)行最后的派生類對虛基類的構(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)成員不會被多次初始化。
最后請注意：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，否則仍然會出現(xiàn)對基類的多次繼承。
可以看到：使用多重繼承時要十分小心，經(jīng)常會出現(xiàn)二義性問題。上面的例子是簡單的，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、調(diào)試和維護(hù)工作都會變得更加困難。因此很多程序員不提倡在程序中使用多重繼承，只有在比較簡單和不易出現(xiàn)二義性的情況或?qū)嵲诒匾獣r才使用多重繼承，能用單一繼承解決的問題就不要使用多重繼承。也正由于這個原因，C++之后的很多面向?qū)ο蟮木幊陶Z言（如Java、Smalltalk、C#、PHP等）并不支持多重繼承。
