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C++ 繼承機制深度解析：從基礎語法到多重繼承實戰

編輯：C++ 入門

C++ 繼承機制深度解析：從基礎語法到多重繼承實戰

在面向對象程式設計（OOP）的核心支柱中，繼承無疑是實現程式碼復用與建立類別層級關係的關鍵機制。它允許我們基於現有類別（基類）定義新類別（派生類），從而避免重複撰寫資料成員與成員函式，極大地簡化了應用程式的建立與維護流程，同時也能提升執行效率。

核心概念：基類與派生類的「is-a」關係

繼承代表了經典的 is-a（是一種）關係。例如，「哺乳動物是動物」、「狗是哺乳動物」，推而廣之，「狗是動物」。在 C++ 中，當建立一個類別時，無需重新編寫所有資料成員與成員函式，只需指定新類別繼承自某個現有類別即可。被繼承的類別稱為基類，新建立的類別稱為 派生類。

類別派生語法與存取修飾符

定義派生類時，我們使用類別派生列表來指定基類，語法形式如下：

class derived-class: access-specifier base-class

其中 access-specifier 可以是 public、protected 或 private，若省略則預設為 private。這個修飾符決定了基類成員在派生類中的可見性。

程式碼範例：Shape 基類與 Rectangle 派生類

#include <iostream>
using namespace std;

// 基類
class Shape {
public:
    void setWidth(int w) { width = w; }
    void setHeight(int h) { height = h; }
protected:
    int width;
    int height;
};

// 派生類：公有繼承 Shape
class Rectangle: public Shape {
public:
    int getArea() { return (width * height); }
};

int main() {
    Rectangle Rect;
    Rect.setWidth(5);
    Rect.setHeight(7);
    cout << "Total area: " << Rect.getArea() << endl;
    return 0;
}

輸出結果：

Total area: 35

存取控制與繼承的相互作用

派生類可以存取基類中所有非私有成員。若不想讓派生類存取某些基類成員，應在基類中將其宣告為 private。以下表格總結了不同存取層級在同一類別、派生類別與外部類別中的可見性：

存取權限	public	protected	private
同一個類別	yes	yes	yes
派生類別	yes	yes	no
外部類別	yes	no	no

此外，派生類不會繼承基類的建構函式、解構函式、拷貝建構函式、重載運算子以及友元函式。

三種繼承類型詳解

繼承類型由派生列表中的存取修飾符決定，實務上幾乎只使用 public 繼承，但理解三者差異至關重要：

公有繼承：基類 public 成員 → 派生類 public；基類 protected 成員 → 派生類 protected；基類 private 成員不可直接存取，需透過 public/protected 介面。
保護繼承：基類 public 與 protected 成員 → 派生類 protected。
私有繼承：基類 public 與 protected 成員 → 派生類 private。

多重繼承：一個派生類，多個基類

C++ 支援多重繼承，允許一個類別同時從多個基類繼承資料與函式。語法如下：

class Derived: inheritance1 Base1, inheritance2 Base2, ... { ... };

以下範例展示 Rectangle 同時繼承 Shape（幾何屬性）與 PaintCost（成本計算）：

#include <iostream>
using namespace std;

class Shape {
public:
    void setWidth(int w) { width = w; }
    void setHeight(int h) { height = h; }
protected:
    int width, height;
};

class PaintCost {
public:
    int getCost(int area) { return area * 70; }
};

class Rectangle: public Shape, public PaintCost {
public:
    int getArea() { return width * height; }
};

int main() {
    Rectangle Rect;
    Rect.setWidth(5);
    Rect.setHeight(7);
    int area = Rect.getArea();
    cout << "Total area: " << area << endl;
    cout << "Total paint cost: $" << Rect.getCost(area) << endl;
    return 0;
}

輸出結果：