详解C++中菱形继承的原理与解决方法

时间:2023-02-03 谜一样的男人1 人气:0

菱形继承形成原因

多继承，呈菱形状

菱形继承代码:

class A 
{
public:
    A() {}
    int _a ;
};
class B :public A 
{
public:
    //会存在父的int a;
    B() {}
    int _b ;
};
class C :public A 
{
public:
   //会存在父的int a;
    C() {}
    int _c ;
};
class D :public B,public C 
   
{
public:
   //会存在父的int a;    问题来了这个a是  父亲b中的a 还是 父亲c中的a -- 二义性;
    
   //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;//报错  提示b.a具有二义性
    return 0;

}

出现二义性变量的内存布局

可以看到上图中紫色框两部分,是出现二义性的两份A::_a变量,编译器无法自主确定需要用哪一个，可以d::A_a 或者 d::B_a这样使用;

应对方案

虚继承 vitrual

vitrual修饰使派生类出现二义性的父类继承部分（菱形的腰部）

class A 
{
public:
    A() {}
    int _a ;
};
class B :virtual public A //virtual修饰
{
public:
    //父的int a;
    B() {}
    int _b;
};
class C :virtual public A  //virtual修饰
{
public:
   //父的int a;
    C() {}
    int _c ;
};
class D :public B,public C 
   
{
public:

    //自己的 int a;（二义性的父亲继承经virtual修饰）
   //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;//没问题，输出2，这个2是D类成员通过继承，使得d自己独有且只有一份的 A::_a成员变量;
    return 0;
}

解决二义性变量内存布局–虚基表

可以看到原先存放两个二义性数据A::a和B::a的位置，变成了一个地址？

这个两个地址就叫虚基表指针；

通过对虚基表的进一步内存研究，发现了虚基表紧着得下一个位置存放了一个偏移量，这个偏移量是存放该虚基表指针的内存位置，与当前派生类独有一份的成员变量_a之间的偏移长度;

这样我们直接使用d::a的时候，因为独有一份，也不会出现数据二义性的问题了;

注意，这和多态中的虚表(虚函数表两回事)

其次，虚基表的指针，经过测试，也是某个多继承派生类的多对象共用的;

eg: D d1,d2; 其中d1，d2两个对象上图的这两张虚基表指针是一样的，原因很简单，D类类型都一样，那么某个位置起，到另一个相对位置偏移量肯定是固定的！

(同类型的虚表指针也如此，复用节省空间嘛)

感悟

继承，多态无疑为我们创造了很多的价值，但是像菱形继承这种弊端也是存在的，本质是多继承而引起的问题，在一些语言中禁止了多继承的行为，总之有利有弊，虽然C++允许了多继承，但还是尽量别写多继承这种模式，复杂度和出现问题的概率都很大;

关于代码复用等的另一种关系-组合

继承是每个派生类都能相对于继承is-a的关系; 每个派生类对象都是一个基类对象; 耦合度高

// Car和BMW Car和Benz构成is-a的关系
class Car{
    protected:
    string _colour ="白色"; // 颜色
    
    string _num ="陕ABITB";// 车牌号
};

class BMW:public Car{
    public:
    void Drive() {cout <<"好开-操控"<< end1;}
    };
    
    class Benz : public Car{
        public:
        void Drive() {cout <<"好坐-舒适"<< endl;}
        };

优先考虑组合has-a的关系; eg: 汽车-轮胎，has-a，组合(class 轮胎作为class 车的成员嵌套) 耦合度低

// Tire和Car构成has-a的关系

class Tiref{
    protected:
    string _brand = "Michelin";// 品牌
    size_t size = 17;// 尺寸
    
};
class Car{
    protected:
    string _colour ="白色";// 颜色
    string _num ="陕ABITO";// 车牌号
    Tire _t;// 轮胎

};

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