继承（inheritance）指的是面向对象程序设计的一种方法，允许一个类沿用另一个类的成员，并在此基础上添加新成员或修改成员函数的实现。

被继承的类称为基类（base class），继承得到的类称为派生类（derived class）

继承的基本操作

虚函数

在基类中，希望指定一个共同的接口，而在派生类中指定这个函数的具体实现，需要定义为虚函数（virtual function）。虚函数使用 virtual 关键字注明。

例如，定义 Quote 类的函数 net_price 为虚函数：

class Quote {
public:
    virtual double net_price(std::size_t) const;
};

使用 =0 可以制定纯虚函数：

struct Shape {
    virtual void draw() = 0;
}

继承

定义一个派生类为某一个类的继承时，需要在类名后面加上冒号指明：

class BulkQuote: public Quote {
public:
    double net_price(std::size_t) const;
}

private:
	double discount = 0.0; // 派生类自己的成员变量

派生类继承了基类的所有成员函数和成员变量，但也允许定义自己的成员函数和成员变量。

转换

派生类包含了对应其基类的组成部分，所以也可以把派生类的对象当作基类对象来使用。

隐式类型转换：

Quote item;
BulkQuote bulk_item; // BulkQuote 是 Quote 的继承类

Quote *p = &item;
p = &bulk; // p 可以指向 bulk 的 Quote 部分。

单继承的转换

单继承时，主流的编译器会把基类的成员放在低地址，继承类的放在高地址。

例如：

class A {
    int x;
};

class B: public A {
    int y;
};

虚函数表与虚表指针

这部分不属于 C++ 的标准，但是主流编译器通常这样实现。

虚函数表储存了一个类下所有定义的虚函数对应的实现的指针（函数指针），“表”主要体现在一个类会有不止一个虚函数，而虚指针则定义在具体对象中，指向了这个对象的虚函数表。

例

对于一个非常简单的类来说：

class Animal {
    virtual void say() {
        std::cout << "I am an animal." << std::endl;
    }
    
    virtual void eat() {
        std::cout << "Eating" << std::endl;
    }
};

class Cat: public Animal {
    void say() override {
        std::cout << "Meow~" << std::endl;
    }
};

int main() {
    Cat cat();
    Animal animal = &cat;
    animal.say(); // Meow~
    animal.eat(); // Eating
    return 0;
}

可以认为，Animal 在类里面定义了一个虚函数表，可以暂时理解为函数指针的数组，大致的结构是：

这里的编号是编译时固定下来的，编译器就能确定所有的函数指针。

而 Cat 继承了 Animal，又覆写了函数 say，虚函数表成为：

此时，Animal 及其继承类，会维护一个虚表指针（vptr），指向 vtable。在上述的代码中，Animal animal = &cat 定义出来的 animal 对象，就包含了一个指向 Cat::vtable 的 vptr，因此它调用 say 时，仍然使用的是 Cat 的 say 方法。

简单说，使用虚函数表和虚表指针，是这样实现多态的：

1. 访问这个虚表的指针指向的对象
2. 获得当前函数的编号，利用虚表头指针+编号，得到当前真正实现的函数指针
3. 执行函数指针指向的函数

一些疑问和解答

子类如果定义了新的虚函数，转换成基类时，基类的虚表大小其实和子类不一致，会有问题吗？

答案是没有问题，因为新增的虚函数会放在虚表的末端。基类拿到虚函数表的指针后，只需把它当作一个长度更小的数组，基类不知道、也不需要知道后面有没有更多的函数指针。