C++ 繼承與多態核心知識體系（一）：從基礎概念到虛繼承機制

繼承的核心價值

繼承將具有共同特徵、相互關聯的類別組織成層次結構：共同部分提煉為基類（父類），其他類別直接或間接繼承成為派生類（子類）。這實現了程式碼復用——子類自動擁有父類的所有非私有成員。

存取控制與繼承關係

• public 繼承：基類 public 成員保持 public，protected 保持 protected。
• protected 繼承：基類 public/protected 成員均變為派生類 protected。
• private 繼承：基類所有非私有成員均變為派生類 private。

protected 成員用於「想與派生類分享，但不想被外部存取」的場景。

賦值相容規則（public 繼承前提下）

1. 物件賦值：子類物件可賦值給父類物件（切片問題），反之不可。學生是人，但人不一定是學生。
2. 指標/引用賦值：父類指標/引用可指向/綁定子類物件，反之不可。子類擁有父類所有成員再加上自己的成員，父類指標指向父類物件時，解引用可能存取非法記憶體。

成員函數重定義/隱藏

子類與父類成員（含變數與函數）同名時，子類成員會隱藏父類同名成員，與參數列表、返回型別無關。需透過作用域解析運算子（Base::member）存取被隱藏成員。

單繼承、多重繼承與鑽石繼承問題

鑽石繼承 導致兩大問題：

1. 資料冗餘：基類成員在最底層派生類中存在多份拷貝。
2. 存取二義性：無法確定使用哪份基類成員。

虛繼承解決鑽石問題

在繼承關係前加 virtual 關鍵字：

class A { protected: int _a; };
class B : virtual public A { ... };
class C : virtual public A { ... };
class D : public B, public C { ... }; // D 中只有一份 _a

虛繼承透過虛基類指標/虛基類表實現共享，解決冗餘與二義性，但會增加存取開銷，降低效能。

虛函數與動態多態

• 虛函數：成員函數前加 virtual。
• 覆寫：派生類虛函數與基類虛函數完全相同（函數名、參數、返回型別），除協變返回型別與虛解構函數外。
• 動態多態條件：① 子類覆寫父類虛函數 ② 使用父類指標/引用調用虛函數。

class Book { public: virtual void ShowPrice() { cout << "全價"; } };
class BarginBook : public Book { public: void ShowPrice() override { cout << "半價"; } };

Book* p = new BarginBook();
p->ShowPrice(); // 輸出「半價」—— 動態綁定

虛解構函數的必要性

透過基類指標刪除派生類物件時，若基類解構函數非虛函數，僅呼叫基類解構函數，導致派生類資源洩漏。基類解構函數應宣告為 virtual，確保完整的解構鏈呼叫。

友元、靜態成員與繼承

• 友元不可繼承：父類友元非子類友元，需在子類重新宣告。
• 靜態成員共享：整個繼承體系僅有一份靜態成員，屬於整個體系，無存取限定時皆可訪問。