這篇文章主要介紹了詳解C++中基類與派生類的轉換以及虛基類,是C++入門學習中的基礎知識,需要的朋友可以參考下

C++基類與派生類的轉換

在公用繼承、私有繼承和保護繼承中，只有公用繼承能較好地保留基類的特征，它保留了除構造函數和析構函數以外的基類所有成員，基類的公用或保護成員的訪問權限在派生類中全部都按原樣保留下來了，在派生類外可以調用基類的公用成員函數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，所有基類能夠實現的功能， 公用派生類都能實現。而非公用派生類(私有或保護派生類)不能實現基類的全部功能(例如在派生類外不能調用基類的公用成員函數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。

不同類型數據之間在一定條件下可以進行類型的轉換，例如整型數據可以賦給雙精度型變量，在賦值之前，把整型數據先轉換成為雙精度型數據，但是不能把一個整型數據賦給指針變量。這種不同類型數據之間的自動轉換和賦值，稱為賦值兼容。現在要討論 的問題是：基類與派生類對象之間是否也有賦值兼容的關系，可否進行類型間的轉換?

回答是可以的。基類與派生類對象之間有賦值兼容關系，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

1. A a1; //定義基類A對象a1 
2. B b1; //定義類A的公用派生類B的對象b1 
3. a1=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，所謂賦值只是對數據成員賦值，對成員函數不存在賦值問題。

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age是派生類B中增加的公用數據成員，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

應當注意，子類型關系是單向的、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：

1. A a1; //定義基類A對象a1 
2. B b1; //定義公用派生類B對象b1 
3. A& 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

1. 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：

1. 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) 如果函數的參數是基類對象或基類對象的引用，相應的實參可以用子類對象。

如有一函數：

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

函數的形參是類A的對象的引用變量，本來實參應該為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換類型，在調用fun函數時可以用派生類B的對象b1作實參：

1. fun(b1); 

輸出類B的對象b1的基類數據成員num的值。

與前相同，在fun函數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據。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，在每個類中只設很少成員。學生類只設num(學號),name(名字)和score(成績)3個數據成員，Graduate類只增加一個數據成員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); //聲明構造函數 
8. void display( ); //聲明輸出函數 
9. private: 
10. int num; 
11. string name; 
12. float score; 
13. }; 
14. Student::Student(int n, string nam,float s) //定義構造函數 
15. { 
16. num=n; 
17. name=nam; 
18. score=s; 
19. } 
20. void Student::display( ) //定義輸出函數 
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); //聲明構造函數 
30. void display( ); //聲明輸出函數 
31. private: 
32. float pay; //工資 
33. }; 
34. //定義構造函數 
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 
37. { 
38. Student::display(); //調用Student類的display函數 
39. cout<<"pay="<<pay<<endl; 
40. } 
41. int main() 
42. { 
43. Student stud1(1001,"Li",87.5); //定義Student類對象stud1 
44. Graduate grad1(2001,"Wang",98.5,563.5); //定義Graduate類對象grad1 
45. Student *pt=&stud1; //定義指向Student類對象的指針并指向stud1 
46. pt->display( ); //調用stud1.display函數 
47. pt=&grad1; //指針指向grad1 
48. pt->display( ); //調用grad1.display函數 
49. } 

下面對程序的分析很重要，請大家仔細閱讀和思考。

很多讀者會認為，在派生類中有兩個同名的display成員函數，根據同名覆蓋的規則，被調用的應當是派生類Graduate對象的display函數，在執行Graduate::display函數過程中調用Student::display函數，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行是學生stud1的數據，后3行是研究生grad1的數據，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()調用的不是派生類Graduate對象所增加的display函數，而是基類的display函數，所以只輸出研究生grad1的num,name,score3個數據。

如果想通過指針輸出研究生grad1的pay，可以另設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()調用派生類對象的display函數。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，不會出現編譯上的錯誤。但在應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。后續章節將會解決這個問題。辦法是使用虛函數和多態性。

C++虛基類詳解

多繼承時很容易產生命名沖突，即使我們很小心地將所有類中的成員變量和成員函數都命名為不同的名字，命名沖突依然有可能發生，比如非常經典的菱形繼承層次。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據，但大多數情況下這是多余的：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 關鍵字，請看下面的例子：

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. } 

運行結果：

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的構造函數，與以往的用法有所不同。以往，在派生類的構造函數中只需負責對其直接基類初始化，再由其直接基類負責對間接基類初始化。現在，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的構造函數中對虛基類給出不同的初始化參數而產生矛盾。所以規定：在最后的派生類中不僅要負責對其直接基類進行初始化，還要負責對虛基類初始化。

有的讀者會提出：類D的構造函數通過初始化表調了虛基類的構造函數A，而類B和類C的構造函數也通過初始化表調用了虛基類的構造函數A，這樣虛基類的構造函數豈非被調用了3次?大家不必過慮，C++編譯系統只執行最后的派生類對虛基類的構造函數的調用，而忽略虛基類的其他派生類(如類B和類C)對虛基類的構造函數的調用，這就保證了虛基類的數據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，應當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，經常會出現二義性問題。上面的例子是簡單的，如果派生的層次再多一些，多重繼承更復雜一些，程序員就很容易陷人迷 魂陣，程序的編寫、調試和維護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二義性的情況或實在必要時才使用多重繼承，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++之后的很多面向對象的編程語言(如Java、Smalltalk、C#、PHP等)并不支持多重繼承。