C++继承总结(下)——菱形继承

一.什么是菱形继承

菱形继承是多继承的一种特殊情况,一个类有多个父类,这些父类又有相同的父类或者祖先类,那么该类就会有多份重复的成员,从而造成调用二义性和数据冗余。

class Person
{public:Person(){cout << "Person构造" << endl;}
public:int _name = 0;int _age = 0;
};class Student :  public Person
{public:Student(){cout << "Student构造" << endl;}int _stuid = 0;
};class Teacher :  public Person
{
public:Teacher(){cout << "Teacher构造" << endl;}int _jobid = 0;
};class Assistant : public Student, public Teacher
{
public:Assistant(){cout << "Assistant构造" << endl;}int _task = 0;
};
int main()
{Assistant a;//a._name;//二义性:访问Student的_name还是Teacher的_name呢?//需要指定类域访问a.Student::_name = 1;a.Student::_age = 2;a._stuid = 3;a.Teacher::_name = 4;a.Teacher::_age = 5;a._jobid = 6;a._task = 7;return 0;
}

从a的内存布局可以看到,a中有两份_name和_age,它们是从Student和Teacher类继承下来的。二义性的问题可以通过指定类域访问解决,但数据冗余的问题是无法规避的,必须引入新的技术——虚继承 

二.虚继承的用法

只需在继承那个祖先类时加上关键字virtual即可

class Person
{public:Person(){cout << "Person构造" << endl;}
public:int _name = 0;int _age = 0;
};class Student :  virtual public Person
{public:Student(){cout << "Student构造" << endl;}int _stuid = 0;
};class Teacher :  virtual public Person
{
public:Teacher(){cout << "Teacher构造" << endl;}int _jobid = 0;
};class Assistant : public Student, public Teacher
{
public:Assistant(){cout << "Assistant构造" << endl;}int _task = 0;
};
int main()
{Assistant a;a.Student::_name = 1;a.Student::_age = 2;a._stuid = 3;a.Teacher::_name = 4;a.Teacher::_age = 5;a._jobid = 6;a._task = 7;return 0;
}

虚继承前:

虚继承后: 

可以看到,Person构造函数只调用了一次。

再来看看虚继承后a的内存分布:

 虚继承后,重复的那部分成员被单独拎了出来,只有一份,此时就不存在二义性的问题了。a.Student::_name;a.Student::_name;a._name访问的是同一份数据。同时也解决了数据冗余的问题。 

三.虚继承的原理

Student和Teacher中多出的这两个东西是什么呢?这似乎是一个地址,那我们在内存中看一看(注意是小端存储,低字节存低位数据,高字节存高位数据,故地址应该为007e9b4c和007e9b54)

注意这是16进制,故第一个数 是20,第二个数是12。

在看看上面的内存分布,会发现:006ff8d0这个地址加上20,006ff8d8加上12,刚好是006ff8e4,也就是重复的Person那部分变量的起始地址。

Assistant对象中将Person放到的了对象组成的最下面,这个Person同时属于Student和Teacher,给Student和Teacher都添加一个指针,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。虚基表中存了偏移量,通过偏移量可以找到下面的Person。事实上,虚基表中存放了两个数据,第二个数是偏移量,第一个数与多态中的虚表有关,这里不作展开,后面的多态会讲到。

四.例题

1.多继承中指针偏移问题?下面说法正确的是( )

class Base1 {  public:  int _b1; };
class Base2 {  public:  int _b2; };
class Derive : public Base1, public Base2 { public: int _d; };
int main(){Derive d;Base1* p1 = &d;Base2* p2 = &d;Derive* p3 = &d;return 0;
}

 A:p1 == p2 == p3 B:p1 < p2 < p3 C:p1 == p3 != p2 D:p1 != p2 != p3

d的内存分布如图,p1和p3相等,不同之处在于p3解引用能访问整个对象,p1解引用只能访问Base1哪部分 

        

 2.下面程序输出结果是什么? ()

using namespace std;
class A{
public:A(const char *s) { cout<<s<<endl; }~A(){}
};
class B:virtual public A
{
public:B(const char *s1,const char*s2):A(s1) { cout<<s2<<endl; }
};
class C:virtual public A
{
public:C(const char *s1,const char*s2):A(s1) { cout<<s2<<endl; }
};
class D:public B,public C
{
public:D(const char *s1,char *s2,const char *s3,const char *s4):B(s1,s2),C(s1,s3),A(s1){ cout<<s4<<endl;}
};
int main() {D *p=new D("class A","class B","class C","class D");delete p;return 0;
}

A:class A class B class C class D

B:class D class B class C class A

C:class D class C class B class A

D:class A class C class B class D

首先明确一点,A的构造函数会调一次还是三次?因为虚继承解决数据冗余的问题,A的成员在D中只有一份,故只会调用一次构造函数。那么调用时机在哪呢?应该是在调用B,C的构造函数之前,A构造完后,构造B,C时就不会再去调用A的构造函数了。而B,C的构造函数谁先调用?答案是按继承顺序来,B先继承,故B先调用。故答案为A 

假如把两个virtual去掉,A的构造函数会调用几次?答案是编译错误,去掉virtual后这就是一个普通的多继承,B,C中都有A,D不能单独去初始化A。去掉初始化列表中的A(s1)就正确了,A会被构造两次。

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