C++ public、protected 、 private和friend（最通俗易懂）

C++ 继承

面向对象程序设计中最重要的一个概念是继承。继承允许我们依据另一个类来定义一个类，这使得创建和维护一个应用程序变得更容易。这样做，也达到了重用代码功能和提高执行时间的效果。

当创建一个类时，您不需要重新编写新的数据成员和成员函数，只需指定新建的类继承了一个已有的类的成员即可。这个已有的类称为基类，新建的类称为派生类。

继承代表了 is a 关系。例如，哺乳动物是动物，狗是哺乳动物，因此，狗是动物，等等。

基类 & 派生类

一个类可以派生自多个类，这意味着，它可以从多个基类继承数据和函数。定义一个派生类，我们使用一个类派生列表来指定基类。类派生列表以一个或多个基类命名，形式如下：

class derived-class: access-specifier base-class

其中，访问修饰符 access-specifier 是 public、protected 或 private 其中的一个，base-class 是之前定义过的某个类的名称。如果未使用访问修饰符 access-specifier，则默认为 private。

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
// 基类
class Shape 
{
   public:
      void setWidth(int w)
      {
         width = w;
      }
      void setHeight(int h)
      {
         height = h;
      }
   protected:
      int width;
      int height;
};
 
// 派生类
class Rectangle: public Shape
{
   public:
      int getArea()
      { 
         return (width * height); 
      }
};
 
int main(void)
{
   Rectangle Rect;
 
   Rect.setWidth(5);
   Rect.setHeight(7);
 
   // 输出对象的面积
   cout << "Total area: " << Rect.getArea() << endl;
 
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Total area: 35

访问控制和继承

派生类可以访问基类中所有的非私有成员。因此基类成员如果不想被派生类的成员函数访问，则应在基类中声明为 private。

我们可以根据访问权限总结出不同的访问类型，如下所示：

访问	public	protected	private
同一个类	yes	yes	yes
派生类	yes	yes	no
外部的类	yes	no	no

一个派生类继承了所有的基类方法，但下列情况除外：

• 基类的构造函数、析构函数和拷贝构造函数。
• 基类的重载运算符。
• 基类的友元函数。

继承类型

当一个类派生自基类，该基类可以被继承为 public、protected 或 private 几种类型。继承类型是通过上面讲解的访问修饰符 access-specifier 来指定的。

我们几乎不使用 protected 或 private 继承，通常使用 public 继承。当使用不同类型的继承时，遵循以下几个规则：

• 公有继承（public）：当一个类派生自公有基类时，基类的公有成员也是派生类的公有成员，基类的保护成员也是派生类的保护成员，基类的私有成员不能直接被派生类访问，但是可以通过调用基类的公有和保护成员来访问。
• 保护继承（protected）： 当一个类派生自保护基类时，基类的公有和保护成员将成为派生类的保护成员。
• 私有继承（private）：当一个类派生自私有基类时，基类的公有和保护成员将成为派生类的私有成员。

补充：

类的成员函数可以调用类中各个属性的成员。而类的对象只能访问类的public属性成员，而不能访问private和protected属性成员。所以，类的对象访问类中private和protected的时候要借助public成员函数，这就是类的接口函数。这种访问机制实现了类的封装。

例如：

class A{
public:
    A(int x,int y):x(x),y(y){}
    void show(){print();}  //基类成员可以直接调用protected成员
protected:
    void print()
    {cout<<"x point:"<<x<<endl<<"y point:"<<y<<endl;}
private:
    int x;
    int y;
};
class B:public A{
public:
    B(int x,int y,int z):A(x,y),z(z){}
    void output() 
    {print();   //子类成员可以直接调用基类protected成员
    cout<<"z point:"<<z<<endl;}
private:
    int z;
    void another(){print();} //当然，非public成员也能访问基类protected成员
};
int main()
{
    A a(2,3);
    B b(4,5,6);
    //a.print();//不可以，基类对象不能调用自身protected成员
    a.show();//可以，基类对象调用public成员，间接调用protected成员
    //b.print();//不可以，子类对象不能调用基类protected成员
    b.output(); //可以，子类对象调用自身public成员，该成员函数内部调用了基类保护成员print()
    return 0;
}

多继承

多继承即一个子类可以有多个父类，它继承了多个父类的特性。

C++ 类可以从多个类继承成员，语法如下：

class <派生类名>:<继承方式1><基类名1>,<继承方式2><基类名2>,…
{
<派生类类体>
};

其中，访问修饰符继承方式是 public、protected 或 private 其中的一个，用来修饰每个基类，各个基类之间用逗号分隔，如上所示。现在让我们一起看看下面的实例：

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
// 基类 Shape
class Shape 
{
   public:
      void setWidth(int w)
      {
         width = w;
      }
      void setHeight(int h)
      {
         height = h;
      }
   protected:
      int width;
      int height;
};
 
// 基类 PaintCost
class PaintCost 
{
   public:
      int getCost(int area)
      {
         return area * 70;
      }
};
 
// 派生类
class Rectangle: public Shape, public PaintCost
{
   public:
      int getArea()
      { 
         return (width * height); 
      }
};
 
int main(void)
{
   Rectangle Rect;
   int area;
 
   Rect.setWidth(5);
   Rect.setHeight(7);
 
   area = Rect.getArea();
   
   // 输出对象的面积
   cout << "Total area: " << Rect.getArea() << endl;
 
   // 输出总花费
   cout << "Total paint cost: $" << Rect.getCost(area) << endl;
 
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Total area: 35
Total paint cost: $2450

另外多继承(环状继承),A->D, B->D, C->(A，B)，例如：

class D{......};
class B: public D{......};
class A: public D{......};
class C: public B, public A{.....};

这个继承会使D创建两个对象,要解决上面问题就要用虚拟继承格式

格式：class 类名: virtual 继承方式 父类名

class D{......};
class B: virtual public D{......};
class A: virtual public D{......};
class C: public B, public A{.....};

虚继承--（在创建对象的时候会创建一个虚表）在创建父类对象的时候

A:virtual public D
B:virtual public D

例如：

#include <iostream>

using namespace std;
//基类

class D
{
public:
    D(){cout<<"D()"<<endl;}
    ~D(){cout<<"~D()"<<endl;}
protected:
    int d;
};

class B:virtual public D
{
public:
    B(){cout<<"B()"<<endl;}
    ~B(){cout<<"~B()"<<endl;}
protected:
    int b;
};

class A:virtual public D
{
public:
    A(){cout<<"A()"<<endl;}
    ~A(){cout<<"~A()"<<endl;}
protected:
    int a;
};

class C:public B, public A
{
public:
    C(){cout<<"C()"<<endl;}
    ~C(){cout<<"~C()"<<endl;}
protected:
    int c;
};

int main()
{
    cout << "Hello World!" << endl;
    C c;   //D, B, A ,C
    cout<<sizeof(c)<<endl;
    return 0;
}

VS2015输出：

友元函数

类的友元函数是定义在类外部，但有权访问类的所有私有（private）成员和保护（protected）成员。尽管友元函数的原型有在类的定义中出现过，但是友元函数并不是成员函数。

友元可以是一个函数，该函数被称为友元函数；友元也可以是一个类，该类被称为友元类，在这种情况下，整个类及其所有成员都是友元。

如果要声明函数为一个类的友元，需要在类定义中该函数原型前使用关键字 friend，如下所示：

class Box
{
   double width;
public:
   double length;
   friend void printWidth( Box box );
   void setWidth( double wid );
};

声明类 ClassTwo 的所有成员函数作为类 ClassOne 的友元，需要在类 ClassOne 的定义中放置如下声明：

friend class ClassTwo;

请看下面的程序：

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
class Box
{
   double width;
public:
   friend void printWidth( Box box );
   void setWidth( double wid );
};

// 成员函数定义
void Box::setWidth( double wid )
{
    width = wid;
}

// 请注意：printWidth() 不是任何类的成员函数
void printWidth( Box box )
{
   /* 因为 printWidth() 是 Box 的友元，它可以直接访问该类的任何成员 */
   cout << "Width of box : " << box.width <<endl;
}
 
// 程序的主函数
int main( )
{
   Box box;
 
   // 使用成员函数设置宽度
   box.setWidth(10.0);
   
   // 使用友元函数输出宽度
   printWidth( box );
 
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Width of box : 10

友元函数的使用

因为友元函数没有this指针，则参数要有三种情况： 

要访问非static成员时，需要对象做参数；

要访问static成员或全局变量时，则不需要对象做参数；

如果做参数的对象是全局对象，则不需要对象做参数.

可以直接调用友元函数，不需要通过对象或指针

实例代码：

class INTEGER
{
    friend void Print(const INTEGER& obj);//声明友元函数
};

void Print(const INTEGER& obj）
{
    //函数体
}

void main()
{
    INTEGER obj;
    Print(obj);//直接调用
}

参考资料：C++菜鸟教程