C++单继承，多重继承，虚拟继承与内存布局

最新推荐文章于 2025-04-22 22:38:03 发布

傻白兔

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分类专栏： C++ 文章标签： C++继承

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/fairyloycine/article/details/88144571

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本文深入探讨C++的继承机制，包括单继承、多重继承及其可能导致的歧义问题，特别是菱形继承（钻石型继承）的挑战。文章详细介绍了虚继承的概念，解释了虚继承如何解决重复继承问题，同时讨论了虚继承对内存布局的影响，以及在不同架构下的表现。此外，还提到了接口类在C++中的应用和内存布局的细节，强调了在使用多继承时应谨慎考虑设计和性能因素。

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Multiple Inheritance - C++

多继承比单继承更复杂，引入了歧义的问题，以及虚继承的必要性；
虚继承在大小，速度，初始化，复制的复杂性上有不小的代价，当虚基类中没有数据时还是比较合适的；
多继承有时也是有用的。典型的场景是：public继承自一些接口类，private继承自哪些实现相关的类。

歧义

class A{
   
public:
    void func();
};
class B{
   
private:
    bool func() const;
};
class C: public A, public B{
    ... };

C c;
c.func();           // 歧义！

解决冲突的时候就必须

c.A::func();

多继承菱形

在这里插入图片描述

class File{
   };
class InputFile: public File{
   };
class OutputFile: public File{
   };
class IOFile: public InputFile, public OutputFile{
   };

这样的层级在C++标准库中也存在，例如basic_ios, basic_istream, basic_ostream, basic_iostream。

IOFile的两个父类都继承自File，那么File的属性（比如filename）应该在IOFile中保存一份还是两份呢？这是取决于应用场景的，就File::filename来讲显然我们希望它只保存一份，但在其他情形下可能需要保存两份数据。 C++还是一贯的采取了自己的风格：都支持！默认是保存两份数据的方式。如果你希望只存储一份，可以用virtual继承：

class File{
   };
class InputFile: virtual public File{
   };
class OutputFile: virtual public File{
   };
class IOFile: public InputFile, public OutputFile{
   };

代价：

虚继承类的对象会更大一些；
虚继承类的成员访问会更慢一些；
虚继承类的初始化更反直觉一些。继承层级的最底层(most derived class)负责虚基类的初始化，而且负责整个继承链上所有虚基类的初始化。

对于这些复杂性，建议

如果能不使用多继承，就不用他；
如果一定要多继承，尽量不在里面放数据，也就避免了虚基类初始化的问题。

接口类

这样一个不包含数据的虚基类和Java或者C#提供的interface有很多共同之处，这样的类在C++中称为接口类，一个Person的接口类是这样的：

class IPerson {
   
public:
    virtual ~IPerson();
    virtual std::string name() const = 0;
    virtual std::string birthDate() const = 0;
};

内存布局

普通多重继承内存布局

class Base
{
   
public:
 
    Base(

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