1、菱形继承定义
在C++中,菱形继承是一种特定的多重继承结构,呈现出类似菱形的形状,以下是详细介绍:
定义
菱形继承涉及到四个类,首先有一个基类,然后有两个类分别继承自这个基类,最后还有一个类同时继承前面那两个派生类,从类的继承层次图来看,形状如同菱形,所以被称为菱形继承。
例如以下代码示例:
#include<iostream>
using namespace std;
class Base
{
public:
Base(int p_val):ma(p_val){cout<<"Base()"<<endl;}
~Base(){cout<<"~Base"<<endl;}
public:
int ma;
};
class Derived1 : public Base
{
public:
Derived1(int p_val):Base(p_val) , mb(p_val){cout<<"Derived1()"<<endl;}
~Derived1(){cout<<"~Derived1"<<endl;}
public:
int mb;
};
class Derived2 : public Base
{
public:
Derived2(int p_val):Base(p_val),mc(p_val){cout<<"Derived2()"<<endl;}
~Derived2(){cout<<"~Base"<<endl;}
public:
int mc;
};
class FinalDerived : public Derived1, public Derived2
{
public:
FinalDerived(int p_val):Derived1(p_val ) ,Derived2(p_val) ,md(p_val){cout<<"FinalDerived()"<<endl;}
~FinalDerived(){cout<<"~FinalDerived"<<endl;}
public:
int md;
};
int main()
{
FinalDerived s(20);
s.Derived1::ma = 100;
return 0;
}
在这个例子中,Base
是基类,Derived1
和Derived2
是从Base
派生出来的两个类,而FinalDerived
则是同时继承了Derived1
和Derived2
的最终派生类,整体构成了菱形继承结构。
特点
- 多重继承特性体现:体现了C++中多重继承的特点,即一个类可以同时继承多个类,像
FinalDerived
类就继承了两个不同的父类,能从多个父类那里获取成员(成员变量和成员函数等),理论上可以扩展功能、组合不同的行为模式等。 - 继承关系复杂:由于涉及多个继承路径,类之间的关系相对复杂,相比于简单的单继承,在代码理解、维护以及处理继承相关问题(如成员访问、构造函数调用等)时都更具挑战性。
菱形继承虽然丰富了类的继承和组合方式,但也容易带来如数据冗余、二义性等一系列问题,后续往往需要通过虚继承等手段来进行优化和解决这些问题,以使代码更加合理、稳定且易于维护。
问题1、数据冗余
以上代码查看类对象布局如下
1> class Derived1 size(8):
1> +---
1> | +--- (base class Base)
1> 0 | | ma
1> | +---
1> 4 | mb
1> +---
1>
1>
1>
1> class Derived2 size(8):
1> +---
1> | +--- (base class Base)
1> 0 | | ma
1> | +---
1> 4 | mc
1> +---
1>
1>
1>
1> class FinalDerived size(20):
1> +---
1> | +--- (base class Derived1)
1> | | +--- (base class Base)
1> 0 | | | ma
1> | | +---
1> 4 | | mb
1> | +---
1> | +--- (base class Derived2)
1> | | +--- (base class Base)
1> 8 | | | ma
1> | | +---
1> 12 | | mc
1> | +---
1> 16 | md
1> +---
发现子类对象FinalDerived 里包含两个基类Base 的成员变量,当然这种语法没有问题,访问容易产生二义性,我们可以增加作用域来进行避免
FinalDerived s(20);
s.Derived1::ma = 100;
问题1解决办法
对于菱形问题产生的数据冗余的问题,一般采用虚继承的方式来解决,且虚继承是指直接继承存在冗余数据的类时采用虚继承,上述代码derived1 derived12继承 Base 时要采用虚继承,采用虚继承时会产生Vbtable 虚基类表 , 虚基类表里存放的是虚基类成员变量相对于本虚基类表的偏移量。
修改后代码如下
#include<iostream>
using namespace std;
class Base
{
public:
Base(int p_val):ma(p_val){cout<<"Base()"<<endl;}
~Base(){cout<<"~Base"<<endl;}
public:
int ma;
};
class Derived1 : virtual public Base
{
public:
Derived1(int p_val):Base(p_val) , mb(p_val){cout<<"Derived1()"<<endl;}
~Derived1(){cout<<"~Derived1"<<endl;}
public:
int mb;
};
class Derived2 : virtual public Base
{
public:
Derived2(int p_val):Base(p_val),mc(p_val){cout<<"Derived2()"<<endl;}
~Derived2(){cout<<"~Base"<<endl;}
public:
int mc;
};
class FinalDerived : public Derived1, public Derived2
{
public:
FinalDerived(int p_val):Base(p_val) , Derived1(p_val ) ,Derived2(p_val) ,md(p_val){cout<<"FinalDerived()"<<endl;}
~FinalDerived(){cout<<"~FinalDerived"<<endl;}
public:
int md;
};
int main()
{
FinalDerived s(20);
s.Derived1::ma = 100;
return 0;
}
类对象模型如下:
1>
1> class Derived2 size(12):
1> +---
1> 0 | {vbptr}
1> 4 | mc
1> +---
1> +--- (virtual base Base)
1> 8 | ma
1> +---
1>
1> Derived2::$vbtable@:
1> 0 | 0
1> 1 | 8 (Derived2d(Derived2+0)Base)
1>
1>
1> vbi: class offset o.vbptr o.vbte fVtorDisp
1> Base 8 0 4 0
1>
1>
1> class FinalDerived size(24):
1> +---
1> | +--- (base class Derived1)
1> 0 | | {vbptr}
1> 4 | | mb
1> | +---
1> | +--- (base class Derived2)
1> 8 | | {vbptr}
1> 12 | | mc
1> | +---
1> 16 | md
1> +---
1> +--- (virtual base Base)
1> 20 | ma
1> +---
1>
1> FinalDerived::$vbtable@Derived1@:
1> 0 | 0
1> 1 | 20 (FinalDerivedd(Derived1+0)Base)
1>
1> FinalDerived::$vbtable@Derived2@:
1> 0 | 0
1> 1 | 12 (FinalDerivedd(Derived2+0)Base)
虚继承的类对象布局规则如下:
1、按照正常布局进行布局
2、将虚基类数据放在最下面
3、将原来虚基类的地方放vtable
4、如果最下面已经存在虚基类数据,则不重复放,直接把虚基类数据改成vtable
2、子类构造函数
接着上文 , 那么问题来了,看子类的构造函数
FinalDerived(int p_val):Base(p_val) , Derived1(p_val ) ,Derived2(p_val) ,md(p_val){cout<<"FinalDerived()"<<endl;}
此时,为什么加了一个构造虚基类呢( Base(p_val) ) 如果不加,编译不通过,没有虚继承的时候就没有加,代码编译是OK的,但是为什么加了虚继承之后编译不通过呢???
再次查看类对象模型
1> class FinalDerived size(24):
1> +---
1> | +--- (base class Derived1)
1> 0 | | {vbptr}
1> 4 | | mb
1> | +---
1> | +--- (base class Derived2)
1> 8 | | {vbptr}
1> 12 | | mc
1> | +---
1> 16 | md
1> +---
1> +--- (virtual base Base)
1> 20 | ma
1> +---
此时,我们可以看到,base ::ma靠在最左侧 , 此时FinalDerived 能看到的对象为Derived1 Derived2 和Base , 其他的看不到,那么Base的构造就要由FinalDerived 来负责,这点很容易出错
除了菱形继承有以上问题,半圆形继承也存在以上问题,java为了避免以上问题,不提供多重继承
vbtable
vbptr虚基类表指针指向的虚基类表,
第一行vbptr相对于子对象起始部分的偏移量,
第二行是子对象的成员变量相对于子对象的起始部分的偏移量