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C++菱形繼承及解決方法詳解

更新時(shí)間：2023年08月08日 10:45:09 作者：魏天樂(lè)大帥哥

這篇文章主要介紹了C++菱形繼承及解決方法詳解,在多繼承結(jié)構(gòu)中，存在著很多問(wèn)題，比如從不同基類(lèi)中繼承了同名成員，派生類(lèi)中也定義了同名成員，這種二義性問(wèn)題很好解決，加上要訪(fǎng)問(wèn)的基類(lèi)的類(lèi)名限制就可以了,需要的朋友可以參考下

菱形繼承

繼承是類(lèi)和類(lèi)之間的關(guān)系，是代碼復(fù)用的重要手段，允許在保持原有類(lèi)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，創(chuàng)建的新類(lèi)與原有的類(lèi)類(lèi)似，只是多了幾個(gè)成員變量和成員函數(shù)。

需要注意的是：

1.若不表明是以何種方式繼承，使用關(guān)鍵字class時(shí)默認(rèn)是私有繼承，使用struct關(guān)鍵字時(shí)默認(rèn)公有繼承

2.上面的不可訪(fǎng)問(wèn)是指派生類(lèi)對(duì)象不管是在類(lèi)里還是類(lèi)外都不能不訪(fǎng)問(wèn)

在談菱形繼承之前，需要先了解單繼承和多繼承：

單繼承是一個(gè)子類(lèi)只有一個(gè)直接父類(lèi)時(shí)稱(chēng)這個(gè)繼承關(guān)系是單繼承
一個(gè)子類(lèi)有兩個(gè)或兩個(gè)以上的直接父類(lèi)時(shí)稱(chēng)這個(gè)繼承關(guān)系為多繼承
繼承中子類(lèi)中成員的排列次序與繼承次序有關(guān)
（也就是說(shuō)先繼承的類(lèi)，類(lèi)中成員的地址越靠下）

菱形繼承：

兩個(gè)子類(lèi)同時(shí)繼承一個(gè)父類(lèi)，而又有子類(lèi)同時(shí)繼承這兩個(gè)子類(lèi)

缺點(diǎn)：

導(dǎo)致數(shù)據(jù)冗余和二義性的問(wèn)題

解決方法：

對(duì)造成二義性的屬性使用域訪(fǎng)問(wèn)限定符，這樣從本質(zhì)上并沒(méi)有解決二義性
想要解決二義性和數(shù)據(jù)冗余，這就需要用到虛擬繼承。屬性只會(huì)生成一份，要調(diào)用它需要使用虛基表指針，虛基表指針指向虛基表，虛基表中存在偏移量，通過(guò)偏移量就可以找到共有的那個(gè)屬性。

封裝，繼承，多態(tài)。這是C++語(yǔ)言的三大特性，而每次在談到繼承時(shí)我們不可避免的要談到一個(gè)很重要的問(wèn)題——菱形繼承。

多繼承，呈菱形狀

在這里插入圖片描述

菱形繼承代碼:

class A 
{
public:
    A() {}
    int _a ;
};
class B :public A 
{
public:
    //會(huì)存在父的int a;
    B() {}
    int _b ;
};
class C :public A 
{
public:
   //會(huì)存在父的int a;
    C() {}
    int _c ;
};
class D :public B,public C 
{
public:
   //會(huì)存在父的int a;    問(wèn)題來(lái)了這個(gè)a是  父親b中的a 還是 父親c中的a -- 二義性;
   //父的int b;
   //父的int c;
    D() {}
    int _d ;
};
int main()
{
    D d;
    d.B::_a = 1;
    d.C::_a = 2;
    d._b = 3;
    d._c = 4;
    b._d = 5;
    cout << d._a << endl;//報(bào)錯(cuò)  提示b.a具有二義性
    return 0;
}

出現(xiàn)二義性變量的內(nèi)存布局

在這里插入圖片描述

可以看到上圖中紫色框兩部分,是出現(xiàn)二義性的兩份A::_a變量,編譯器無(wú)法自主確定需要用哪一個(gè)，可以d::A_a 或者 d::B_a這樣使用;

應(yīng)對(duì)方案

虛繼承 vitrual

vitrual修飾使派生類(lèi)出現(xiàn)二義性的父類(lèi)繼承部分（菱形的腰部）

class A 
{
public:
    A() {}
    int _a ;
};
class B :virtual public A //virtual修飾
{
public:
    //父的int a;
    B() {}
    int _b;
};
class C :virtual public A  //virtual修飾
{
public:
   //父的int a;
    C() {}
    int _c ;
};
class D :public B,public C 
{
public:
    //自己的 int a;（二義性的父親繼承經(jīng)virtual修飾）
   //父的int b;
   //父的int c;
    D() {}
    int _d;
};
int main()
{
    D d;
    d.B::_a = 1;
    d.C::_a = 2;
    d._b = 3;
    d._c = 4;
    b._d = 5;
    cout << d._a << endl;//沒(méi)問(wèn)題，輸出2，這個(gè)2是D類(lèi)成員通過(guò)繼承，使得d自己獨(dú)有且只有一份的 A::_a成員變量;
    return 0;
}

解決二義性變量?jī)?nèi)存布局–虛基表

在這里插入圖片描述

可以看到原先存放兩個(gè)二義性數(shù)據(jù)A::a和B::a的位置，變成了一個(gè)地址？

這個(gè)兩個(gè)地址就叫虛基表指針；

通過(guò)對(duì)虛基表的進(jìn)一步內(nèi)存研究，發(fā)現(xiàn)了虛基表緊著得下一個(gè)位置存放了一個(gè)偏移量，這個(gè)偏移量是存放該虛基表指針的內(nèi)存位置，與當(dāng)前派生類(lèi)獨(dú)有一份的成員變量_a之間的偏移長(zhǎng)度;

這樣我們直接使用d::a的時(shí)候，因?yàn)楠?dú)有一份，也不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)二義性的問(wèn)題了;

注意，這和多態(tài)中的虛表(虛函數(shù)表兩回事)

其次，虛基表的指針，經(jīng)過(guò)測(cè)試，也是某個(gè)多繼承派生類(lèi)的多對(duì)象共用的;

eg: D d1,d2; 其中d1，d2兩個(gè)對(duì)象上圖的這兩張?zhí)摶碇羔樖且粯拥模蚝芎?jiǎn)單，D類(lèi)類(lèi)型都一樣，那么某個(gè)位置起，到另一個(gè)相對(duì)位置偏移量肯定是固定的！

(同類(lèi)型的虛表指針也如此，復(fù)用節(jié)省空間嘛)

感悟

繼承，多態(tài)無(wú)疑為我們創(chuàng)造了很多的價(jià)值，但是像菱形繼承這種弊端也是存在的，本質(zhì)是多繼承而引起的問(wèn)題，在一些語(yǔ)言禁止了多繼承的行為，總之有利有弊，雖然C++允許了多繼承，但還是盡量別寫(xiě)多繼承這種模式，復(fù)雜度和出現(xiàn)問(wèn)題的概率都很大;