c++虚继承

本文内容多引自百度百科
在多重继承时,会有一种菱形结构:
    
  
class A;
class B:public A;
class C:public  A;
class D:public B1,public C;


#include <iostream>
#include <memory.h>
class A
{
    int k; //如果基类没有数据成员,则在这里多重继承编译不会出现二义性
public:
    void f() {std::cout <<"A::f"<<std::endl;}
};
class B : public A
{
};
class C : public A
{
};
class D : public B, public C
{
};
void main()
{
    D d;
    d.f();
}

以上代码执行时出错: error C2385: ambiguous access of 'f'  意思是不知道到底要调用哪个f()。
原因(引自百科):

      这是因为编译器在进行编译的时候,需要确定子类的函数定义,如A::f是确定的,那么在编译B、C时还需要在编译器的语法树中生成B::f,C::f等标识,那么,在编译D的时候,由于B、C都有一个函数f,此时,编译器将试图生成这两个D::f标识,显然这时就要报错了。(当我们不使用D::f的时候,以上标识都不会生成,所以,如果去掉d.f()一句,程序将顺利通过编译)。        

解决办法:
        改为虚继承:

  
class A;
class B:public virtual A;
class C:public virtual   A;
class D:public B1,public C;

#include <iostream>
#include <memory.h>
class A
{
    int k; //如果基类没有数据成员,则在这里多重继承编译不会出现二义性
public:
    void f() {std::cout << "A::f" << std::endl;}
};
class B : public virtual A
{
};
class C : public virtual A
{
};
class D : public B, public C
{
};
void main()
{
    D d;
    d.f();
}

结果如图:
原因(引自百科):
        
此时,当编译器确定d.f()调用的具体含义时,将生成如下的D结构:
|B|
|C|
|A|
同时,在B、C中都分别包含了一个指向A的虚基类指针列表vbptr(virtual base table pointer)(虚基表指针),其中记录的是从B、C的vbtable的首地址(vbptr)到A的元素之间的偏移量。此时,不会生成各子类的函数f标识,除非子类重写了该函数,从而达到“共享”的目的(VS2010中,在Project Properties->C++->Command Line->Additional Options里面加上/d1reportSingleClassLayoutX,可以查看类X的对象布局)。
也正因此,此时的sizeof(D) = 12(vbptrB + vbptrC + sizoef(int))(32位机中指针占4个字节);
另注:
如果B,C中各定义一个int型变量,则sizeof(D)就变成20(两个vbptr + 3个sizoef(int)
如果A中添加一个virtual void f1(){},sizeof(D) = 16(vfptrA +vbptrB + vbptrC + sizoef(int));
再添加virtual void f2(){},sizeof(D) = 16不变。原因如下所示:带有虚函数(大于等于1个)的类,其内存布局上包含一个指向虚函数列表的指针(vfptr)(虚函数表指针),这跟该类有几个虚函数无关。

### C++虚继承的概念及用法 #### 虚继承的定义 在 C++ 中,虚继承是一种特殊的继承方式,它通过 `virtual` 关键字来实现。其主要目的是解决多重继承中可能产生的重复基类子对象问题[^2]。 #### 多重继承中的问题 在普通的多重继承场景下,可能会出现同一个基类被多次继承的情况。这会导致该基类的对象实例化两次或更多次,从而引发数据冗余以及访问冲突等问题[^5]。 #### 虚继承的作用 通过使用虚继承,可以在多重继承结构中确保只有一个共同的基类副本存在于最终派生类中。这样不仅减少了内存占用,还避免了因多个相同基类副本而导致的操作混乱[^3]。 #### 实现方法 要声明一个虚继承的关系,在继承列表中加入 `virtual` 关键字即可。例如: ```cpp class Base { int data; }; // 定义两个中间层类,并都以虚方式从Base继承 class Derived1 : virtual public Base {}; class Derived2 : virtual public Base {}; // 最终派生类同时继承Derived1和Derived2 class FinalClass : public Derived1, public Derived2 {}; ``` 上述代码片段展示了如何设置虚继承关系,使得即使 `FinalClass` 同时继承自 `Derived1` 和 `Derived2`,也只会有一个 `Base` 类型的数据成员存在其中[^4]。 #### 访问控制的变化 由于引入了虚继承机制,编译器会调整内部存储布局策略,通常采用间接寻址的方法(比如增加一层指针)去定位唯一的共享基类部分。这意味着相比普通单或多级线性继承模式而言,性能上会有轻微下降,但在复杂层次体系里却是必要的折衷措施之一。 以下是具体应用的一个例子: ```cpp #include <iostream> using namespace std; class Grandparent{ protected: string name="Grand"; public: void showName(){ cout <<name<< endl;} }; // Virtual base class inheritance. class Parent1: virtual public Grandparent{}; class Parent2: virtual public Grandparent{}; class Child: public Parent1, public Parent2{}; int main(){ Child c; c.showName(); // Only one copy of 'showName' exists due to virtual inheritance. } ``` 此案例说明即便 `Child` 继承了两条通往 `Grandparent` 的路径,但由于采用了虚继承技术,所以实际运行期间只保留了一份祖先级别的属性与行为定义[^1]。
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