思考：菱形虚拟继承和多态

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#c++ #笔记 #有问必答

1.实验名称

菱形继承/虚继承和多态的结构

2.实验目的

探寻菱形继承和菱形虚拟继承 且实现多态情况下 类对象的结构 

3.实验环境

Vistual Studio2022 x86  Debug 

4.实验方法

（1）方法1：打印虚函数表

由于VS的编译器会将虚表的末端设置成0 因此我么可以根据这一特性得到虚表的地址

由此去调用虚函数

（2）方法2：内存窗口查看

通过内存窗口  我们可以知道各个类虚表和变量存放的相对位置

5.实验对象和结果分析

（1）非虚拟继承 

我们先来看 方法1得到的结果

根据这个图我们知道不同虚函数地址存放的位置 

同时 由于B类对象和D类对象一模一样

我们猜测B类起始位置和D类起始位置相同

我们再根据方法2 也可以得到新的图

 由这个图我们可以知道

虚表1指针是存在B对象中A对象部分内

虚表2指针是存在C对象的A对象部分内

虚表1里面存了6个虚函数的地址（0000 0000前面有6个地址）

虚表2里面存了4个虚函数的地址 （0000 0000前面有4个地址）

和我方法1打印的结果刚好符合

可以知道  B::a C::a   b  c  d五个变量的相对位置

因此我们可以将其结构图画出来！

 （2）虚拟继承

 我们先来看 方法1得到的结果

根据这个图我们知道不同虚函数地址存放的位置 

同时 由于B类对象和D类对象一模一样

我们猜测B类起始位置和D类起始位置相同

我们再根据方法2 也可以得到新的图

那么在画图过程中我怎么知道 是虚表指针还是虚基表指针呢？

虚表里面存的是地址  虚基表里面存的是偏移量 

 由这个图我们可以知道

不同虚表和虚基表的相对存储位置

B的虚表里面存了4个虚函数的地址（0000 0000前面有4个地址）

C的虚表里面存了2个虚函数的地址 （0000 0000前面有2个地址）

A的虚表里面存了2个虚函数的地址 （0000 0000前面有2个地址）

和我方法1打印的结果刚好符合

可以知道  B::a C::a   b  c  d四个变量的相对位置

这个地方为什么说是四个对象？

因为这个地方是虚继承   B和C的公共部分A被拿出来了！

所有它们本质上是共用一个a  所以本质上  B::a和C::a本质上是同一个！

因此我们可以将其结构图画出来！

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①可见不可见的含义是是否可被访问。不可见指不可被访问，但是不代表不存在，实际上private成员是存在的，只不过在子类中不可访问。所以可以理解为：继承是所有成员都被继承了，而访问限定符private决定了能否在子类中访问到这些继承的成员。②protected的成员只在自己类中和子类中可被访问。③public的成员在自己类、子类和类外均可被访问。④可以发现public继承后除了private外，public仍是子类的public，protected仍是子类的protected。
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C语言 函数
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cja0222的博客
12-01 666
在C语言的世界里，函数不仅是代码组织的基本单元，更是程序员构建复杂系统的思维工具。从简单的 main()函数到庞大的库函数集合，函数贯穿了C语言的每个角落。重要的是自定义函数。自定义函数和库函数一样，有函数名，返回值类型和函数参数。所谓自定义就是这些都是我们自己来设计。这给我们自己一个很大的发挥空间。ret_type fun_name(形式参数)//ret_type是函数返回类型//fun_name是函数名// ()括号中放的是形式参数//{}括起来的是函数体。
用到继承和多态的c加加开发
10-21
<think>首先，用户要求我回答关于“使用继承和多态的C++开发示例及相关知识”。我需要基于提供的引用内容来构建我的回答。引用来自几个C++学习笔记，涵盖了继承和多态的基本概念、语法和应用。 关键点从引用中提取： - 引用[1]：讨论了继承的各个方面，如基本语法、继承方式、对象模型、构造和析构顺序、同名成员处理、多继承、菱形继承；以及多态的基本语法、纯虚函数、抽象类、虚析构函数等。 - 引用[2]：强调了继承的本质是代码复用，提供了一个简单的继承示例（类B继承自类A）。 - 引用[3]：展示了多态的使用，特别是dynamic_cast在运行时类型识别（RTTI）中的应用，用于安全向下转型。 - 引用[4]：解释了虚拟继承如何解决菱形继承问题（如二义性和数据冗余）。 我的回答必须： - 使用中文。 - 结构清晰，帮助用户逐步解决问题。 - 遵循系统级指令：行内数学表达式用$...$，独立公式用$$...$$（尽管在这个上下文中可能不太需要），确保LaTeX语法正确。 - 在回答中引用的段落末尾自然地添加引用标识，如[^1]。 - 生成相关问题（在末尾添加“§§相关问题§§”部分）。 回答结构： 1. **引言**：简要介绍继承和多态的概念。 2. **继承部分**：讲解基本语法、继承方式、关键点（如构造/析构顺序、同名成员处理）、多继承和菱形继承。 3. **多态部分**：解释基本语法、虚函数、纯虚函数、抽象类，以及动态多态（dynamic_cast）。 4. **示例代码**：提供C++代码示例来演示继承和多态的实际应用。结合引用中的例子。 5. **总结**：强调重要性。 6. **相关问题**：生成相关问题。 确保回答真实可靠，基于提供的引用。如果有不确定的部分，避免推测。 生成相关问题： - 基于主题，如继承的优化、多态的应用场景等。 - 类似示例中的问题格式。 现在，规划具体内容： - **继承示例**：使用引用[2]的简单例子。 - **多态示例**：使用引用[3]的dynamic_cast例子。 - **虚拟继承示例**：使用引用[4]解决菱形继承问题。 代码部分：在回答中包含代码块，使用Markdown格式，如```cpp ... ```。 添加引用标识：当引用特定内容时，在末尾添加[^n]。 回答大纲： 1. **介绍继承和多态** - 定义继承：代码复用。 - 定义多态：动态绑定。 2. **继承详解** - 基本语法：如`class B : public A` - 继承方式：public, protected, private [^1] - 对象模型：内存布局 - 构造和析构顺序：先基类后派生类 - 同名成员处理：作用域解析符 - 静态成员处理 - 多继承和菱形继承：问题及虚拟继承解决方案 [^1][^4] 3. **多态详解** - 基本语法：虚函数关键字`virtual` - 纯虚函数和抽象类 - 虚析构函数：确保正确析构 [^1] - dynamic_cast和RTTI [^3] - 案例：如计算器类、饮品制作 [^1] 4. **综合示例** - 提供一个简单完整的C++程序，演示继承和多态。 - 例如：基于引用[3]，扩展一个类层次。 5. **总结** - 益处：提高代码可维护性、扩展性。 6. **相关问题** - 例如： 1. 如何处理继承中的资源管理？ 2. 多态在游戏开发中的应用？ 3. 如何避免多继承的复杂性？ 确保代码正确：我将使用简单的示例，类似引用中的。例如，对于继承： ```cpp class Animal { public: void eat() { /*...*/ } }; class Dog : public Animal { public: void bark() { /*...*/ } }; ``` 对于多态： ```cpp class Shape { public: virtual void draw() = 0; }; class Circle : public Shape { public: void draw() override { /*...*/ } }; ``` 结合dynamic_cast例子。 现在，用中文撰写回答。 </think>### C++继承与多态开发指南 在C++中，**继承（Inheritance）** 的核心是代码复用，允许创建新类（派生类）基于现有类（基类）；**多态（Polymorphism）** 则通过虚函数实现动态绑定，使同一接口在不同对象上产生不同行为[^1][^2]。下面我将逐步解析关键概念、示例和开发实践。 --- ### 一、继承详解与开发示例 继承通过语法 `class Derived : access-specifier Base` 实现，其中 `access-specifier` 控制成员访问权限（public、protected 或 private）[^2]。 #### 1. 基本语法与成员访问 ```cpp #include <iostream> using namespace std; class Animal { // 基类 public: void eat() { cout << "Animal eats" << endl; } protected: int age; // 派生类可访问 private: int id; // 仅基类可访问 }; class Dog : public Animal { // public继承 public: void bark() { eat(); // 调用基类方法（public） age = 5; // 访问protected成员 // id = 1; // 错误：private成员不可访问 cout << "Dog barks" << endl; } }; int main() { Dog myDog; myDog.bark(); // 输出：Animal eats\nDog barks // myDog.age = 0; // 错误：protected成员外部不可访问 return 0; } ``` - **访问权限**：public继承时，基类public成员在派生类中仍为public，protected保持protected，private不可访问[^1][^2]。 - **对象模型**：派生类对象包含基类子对象，内存布局优先存储基类数据[^1]。 #### 2. 构造与析构顺序 - **顺序规则**：构造时先基类后派生类；析构时顺序相反（先派生类后基类）[^1]。 ```cpp class Base { public: Base() { cout << "Base constructed" << endl; } ~Base() { cout << "Base destroyed" << endl; } }; class Derived : public Base { public: Derived() { cout << "Derived constructed" << endl; } ~Derived() { cout << "Derived destroyed" << endl; } }; int main() { Derived d; // 输出：Base constructed → Derived constructed → Derived destroyed → Base destroyed return 0; } ``` #### 3. 同名成员与静态成员处理 - **同名成员**：使用作用域解析符 `Base::member` 区分基类与派生类重名成员[^1]。 - **静态成员**：静态变量在基类和派生类中共享唯一实例，通过类名直接访问[^1]。 #### 4. 多继承与菱形继承问题 - **多继承语法**：`class Derived : public Base1, public Base2`[^1]。 - **菱形继承问题**：当派生类通过多条路径继承同一基类时，引发二义性和数据冗余（如 `D` 继承 `B` 和 `C`，两者均继承 `A`）[^4]。 - **虚拟继承解决方案**：使用 `virtual` 关键字确保共享基类单一实例[^4]。 ```cpp class Person { public: string name; }; class Student : virtual public Person { // 虚拟继承 protected: int studentID; }; class Teacher : virtual public Person { // 虚拟继承 protected: int teacherID; }; class TA : public Student, public Teacher { // 解决二义性 public: void setName(string n) { name = n; } // 无二义性 }; ``` 虚拟继承通过偏移指针表实现基类数据共享，避免冗余存储[^4]。 --- ### 二、多态详解与开发示例 多态依赖于 **虚函数（virtual function）** ，实现运行时动态绑定[^3]。 #### 1. 基本语法与纯虚函数 - **虚函数**：使用 `virtual` 关键字声明，派生类可重写（override）。 - **纯虚函数**：定义抽象类（不可实例化），语法 `virtual void func() = 0;`[^1][^3]。 ```cpp class Shape { // 抽象基类 public: virtual void draw() = 0; // 纯虚函数 virtual ~Shape() {} // 虚析构（关键！） }; class Circle : public Shape { public: void draw() override { // 重写虚函数 cout << "Draw Circle" << endl; } }; class Square : public Shape { public: void draw() override { cout << "Draw Square" << endl; } }; int main() { Shape* shapes[] = {new Circle(), new Square()}; for (Shape* s : shapes) { s->draw(); // 多态调用：输出 Draw Circle → Draw Square delete s; // 虚析构确保正确释放派生对象 } return 0; } ``` #### 2. `dynamic_cast` 与 RTTI - **作用**：安全向下转型（downcasting），需基类有虚函数（启用RTTI）[^3]。 - **示例**：检查对象类型并调用派生类特有方法。 ```cpp class Base { public: virtual void func() { cout << "Base::func()" << endl; } }; class Derived : public Base { public: void func() override { cout << "Derived::func()" << endl; } void special() { cout << "Derived special method" << endl; } }; void process(Base* ptr) { Derived* d = dynamic_cast<Derived*>(ptr); // 安全转型 if (d) { d->special(); // 调用派生类方法 } else { ptr->func(); // 默认行为 } } int main() { Base b; Derived d; process(&b); // 输出：Base::func() process(&d); // 输出：Derived special method return 0; } ``` #### 3. 虚析构与纯虚析构 - **必要性**：基类指针删除派生对象时，虚析构（`virtual ~Base() {}`）确保调用完整析构链[^1]。纯虚析构（`virtual ~Base() = 0;`）需提供实现（`Base::~Base() {}`）以避免链接错误[^1]。这在资源管理（如文件句柄）中至关重要。 --- ### 三、开发实践建议 1. **优先使用组合而非多继承**：多继承增加复杂性，虚拟继承仅用于菱形问题[^4]。 2. **虚函数开销**：虚函数通过虚表（vtable）实现，有轻微性能开销，避免在性能关键路径滥用。 3. **案例应用**： - **计算器类**：基类定义接口 `virtual double calculate() = 0;`，派生类实现不同运算[^1]。 - **游戏开发**：`Entity` 基类含 `virtual void update()`，派生类（如 `Player`、`Enemy`）定制行为。 多态在框架设计（如GUI事件处理）中提升扩展性——新增派生类无需修改基类逻辑[^3][^4]。 ---
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