C++核心特性：继承派生、虚函数与模板深度解析

继承与派生

继承（Inheritance）指一个类获取另一个类的成员变量和函数，被继承的称为父类或基类，继承的称为子类或派生类。两者视角不同，实质相同。C++支持多继承，使用 : 符号连接基类。

第1步：定义继承与访问修饰符

派生声明语法为 class 派生类名: [继承方式] 基类名 { ... }。默认继承方式为私有（private）。不同的继承方式决定了外部对象对基类成员的访问权限：

• public 派生：基类公有成员保持公有，保护成员保持保护。
  class Child : public Parent { ... };
• protected 派生：基类公有和保护成员均变为派生类的保护成员。
  class Child : protected Parent { ... };
• private 派生：基类公有和保护成员均变为派生类的私有成员。
  class Child : private Parent { ... };

对于外部调用者：
- Public 继承下，可访问派生类暴露的基类公有成员。
- Private/Protected 继承下，外部无法通过派生类对象访问基类的公有属性。

虚函数与多态

若基类与派生类拥有同名函数，无论参数是否相同，派生类都会遮蔽基类的所有同名函数，而非构成重载。默认情况下，指针或引用指向基类时，调用的是基类的版本。

第2步：利用虚函数实现动态绑定

为了实现“子类对象赋值给基类指针时调用子类方法”，需将基类对应函数声明为 virtual。关键原则如下：

• 纯虚函数与抽象类：形如 virtual void func() = 0; 的函数无函数体。包含纯虚函数的类为抽象类，不可实例化，必须由派生类实现后创建对象。
• 虚析构函数：基类析构函数必须声明为虚函数。否则通过基类指针删除派生类对象时，仅触发基类析构，导致内存泄漏。
• override 关键字：用于显式标识派生类覆盖虚函数，增强代码安全性。

#include <iostream>
using namespace std;
class Person {
public:
    virtual void look() { cout << "virtual look" << endl; }
    virtual ~Person() { cout << "~Person" << endl; }
};
class Child : public Person {
public:
    void look() override {
        cout << "child look" << endl;
        Person::look();
    }
    ~Child() { cout << "~Child" << endl; }
};
int main() {
    Person* p = new Child();
    p->look(); // 输出 child look 和 virtual look
    delete p; // 安全释放
}

内存结构上，含有虚函数的类包含虚函数表指针 vtable（通常占8字节），存放实际执行方法的地址。

模板技术

模板允许定义通用的函数或类，编译器在编译时进行实例化。因此，**声明（.h）与实现（.cpp）不能分离**，所有定义必须在头文件中，否则链接器找不到实例。

第3步：构建通用数据结构

类模板中，内部操作无需像 Java 一样限制泛型边界，直接调用类型提供的接口即可（但可能引发编译错误）。

// 泛型数组模拟
template<typename T>
class ArrayList {
    int size, realSize{};
    T* arr;
public:
    void add(T val) { /* 扩容与追加逻辑 */ }
    T get(int index) { /* 读取逻辑 */ }
};

第4步：处理字符串转换

C++ string 对象位于堆区，可直接增删改。若需与 C 标准库交互，应使用 c_str() 获取常量指针，并通过 strcpy 复制到缓冲区，防止对象析构后悬垂。