[C++系列 70. 菱形继承及菱形虚拟继承

文章目录

• • • 0. 前述
    • 1. 单继承与多继承
    • 2. 菱形继承
    • 3. 继承的总结和反思
    • 4. 常见笔试面试题
    • 5. 继承总结

0. 前述

本篇博文承接[C++系列] 67. 继承基础讲解部分，进一步深入讨论更为复杂的菱形继承。

为更进一步加深理解，可参考[C++系列] 68.多态基础及虚函数、抽象类详解、[C++系列] 69. 多态的原理这两篇博文。

1. 单继承与多继承

单继承：一个子类只有一个直接父类时称这个继承关系为单继承

多继承：一个子类有两个或以上直接父类时称这个继承关系为多继承

2. 菱形继承

菱形继承：菱形继承是多继承的一种特殊情况

菱形继承的问题：从下面的对象成员模型构造，可以看出菱形继承有数据冗余和二义性的问题。在Assistant的对象中Person成员会有两份。

class Person {
public :string _name ; // 姓名
};class Student : public Person {
protected :int _num ; //学号
};class Teacher : public Person {
protected :int _id ; // 职工编号
};class Assistant : public Student, public Teacher {
protected :string _majorCourse ; // 主修课程
};
void Test () {// 这样会有二义性无法明确知道访问的是哪一个Assistant a ;a._name = "peter";// 需要显示指定访问哪个父类的成员可以解决二义性问题// 但是数据冗余问题无法解决a.Student::_name = "xxx";a.Teacher::_name = "yyy";
}

虚拟继承可以解决菱形继承的二义性和数据冗余的问题。如上面的继承关系，在Student和Teacher的继承Person时使用虚拟继承，即可解决问题。需要注意的是，虚拟继承不要在其他地方去使用。

class Person {
public :string _name ; // 姓名
};class Student : virtual public Person {
protected :int _num ; //学号
};class Teacher : virtual public Person {
protected :int _id ; // 职工编号
};class Assistant : public Student, public Teacher {
protected :string _majorCourse ; // 主修课程
};void Test () {Assistant a ;a._name = "peter";
}

虚拟继承解决数据冗余和二义性的原理

为了研究虚拟继承原理，我们给出了一个简化的菱形继承继承体系，再借助内存窗口观察对象成员的模型。

class A {
public:int _a;
};// class B : public A
class B : virtual public A {
public:int _b;
};
// class C : public A
class C : virtual public A {
public:int _c;
};class D : public B, public C {
public:int _d;
};int main()
{D d;d.B::_a = 1;d.C::_a = 2;d._b = 3;d._c = 4;d._d = 5;return 0;
}

下图是菱形继承的内存对象成员模型：这里可以看到数据冗余

下图是菱形虚拟继承的内存对象成员模型：这里可以分析出D对象中将A放到的了对象组成的最下面，这个A
同时属于B和C，那么B和C如何去找到公共的A呢？

这里是通过了B和C的两个指针，指向的一张表。这两个指针叫虚基表指针，这两个表叫虚基表。虚基表中存的偏移量。通过偏移量可以找到下面的A。

// 可能会有疑问为什么D中B和C部分要去找属于自己的A？那么大家看看当下面的赋值发生时，
// d是不是要去找出B/C成员中的A才能赋值过去？D d;B b = d;C c = d;

下面是上面的Person关系菱形虚拟继承的原理解释：

3. 继承的总结和反思

1. 很多人说C++语法复杂，其实多继承就是一个体现。有了多继承，就存在菱形继承，有了菱形继承就有菱形虚拟继承，底层实现就很复杂。所以一般不建议设计出多继承，一定不要设计出菱形继承。否则在复杂度及性能上都有问题。
2. 多继承可以认为是C++的缺陷之一，很多后来的OO语言都没有多继承，如Java。
3. 继承和组合

• public继承是一种is-a的关系。也就是说每个派生类对象都是一个基类对象。
• 组合是一种has-a的关系。假设B组合了A，每个B对象中都有一个A对象。
• 优先使用对象组合，而不是类继承 。
• 继承允许你根据基类类的实现来定义派生类的实现。这种通过生成派生类的复用通常被称为白箱复
  用(white-box reuse)。术语“白箱”是相对可视性而言：在继承方式中，基类的内部细节对子类可见
  。继承一定程度破坏了基类的封装，基类的改变，对派生类类有很大的影响。派生类和基类间的依
  赖关系很强，耦合度高。
• 对象组合是类继承之外的另一种复用选择。新的更复杂的功能可以通过组装或组合对象来获得。对
  象组合要求被组合的对象具有良好定义的接口。这种复用风格被称为黑箱复用(black-box reuse)，
  因为对象的内部细节是不可见的。对象只以“黑箱”的形式出现。 组合类之间没有很强的依赖关系，
  耦合度低。优先使用对象组合有助于你保持每个类被封装。
• 实际尽量多去用组合。组合的耦合度低，代码维护性好。不过继承也有用武之地的，有些关系就适
  合继承那就用继承，另外要实现多态，也必须要继承。类之间的关系可以用继承，可以用组合，就
  用组合。

// Car和BMW Car和Benz构成is-a的关系class Car{protected:string _colour = "白色";  // 颜色string _num = "陕ABIT00";    // 车牌号};class BMW : public Car{public:void Drive() {cout << "好开-操控" << endl;}};class Benz : public Car{public:void Drive() {cout << "好坐-舒适" << endl;}};// Tire和Car构成has-a的关系class Tire{protected:string _brand = "Michelin";  // 品牌size_t _size = 17;            // 尺寸};class Car{protected:string _colour = "白色";      // 颜色string _num = "陕ABIT00";     // 车牌号Tire _t;                     // 轮胎};

4. 常见笔试面试题

1. 什么是菱形继承？菱形继承的问题是什么？
2. 什么是菱形虚拟继承？如何解决数据冗余和二义性的
3. 继承和组合的区别？什么时候用继承？什么时候用组合？
4. 多继承中指针偏移问题？

class Base1 {
public:int _b1;
};class Base2 {
public:int _b2;
};class Derive : public Base1, public Base2 {
public:int _d;
};int main() {// A. p1 == p2 == p3// B. p1 < p2 < p3// C. p1 == p3 != p2// D. p1 != p2 != p3Derive d;Base1* p1 = &d;Base2* p2 = &d;Derive* p3 = &d;return 0;
}

5. 继承总结

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