詳解C++中菱形繼承的原理與解決方法
菱形繼承形成原因
多繼承,呈菱形狀
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; 問題來了這個(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
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修飾使派生類出現(xiàn)二義性的父類繼承部分(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;//沒問題,輸出2,這個(gè)2是D類成員通過繼承,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
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)過測(cè)試,也是某個(gè)多繼承派生類的多對(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?,原因很?jiǎn)單,D類類型都一樣,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題,在一些語言中禁止了多繼承的行為,總之有利有弊,雖然C++允許了多繼承,但還是盡量別寫多繼承這種模式,復(fù)雜度和出現(xiàn)問題的概率都很大;
關(guān)于代碼復(fù)用等的另一種關(guān)系-組合
繼承是每個(gè)派生類都能相對(duì)于繼承is-a的關(guān)系; 每個(gè)派生類對(duì)象都是一個(gè)基類對(duì)象; 耦合度高
// Car和BMW Car和Benz構(gòu)成is-a的關(guān)系 class Car{ protected: string _colour ="白色"; // 顏色 string _num ="陜ABITB";// 車牌號(hào) }; class BMW:public Car{ public: void Drive() {cout <<"好開-操控"<< end1;} }; class Benz : public Car{ public: void Drive() {cout <<"好坐-舒適"<< endl;} };
優(yōu)先考慮組合has-a的關(guān)系; eg: 汽車-輪胎,has-a,組合(class 輪胎 作為class 車的成員嵌套) 耦合度低
// Tire和Car構(gòu)成has-a的關(guān)系 class Tiref{ protected: string _brand = "Michelin";// 品牌 size_t size = 17;// 尺寸 }; class Car{ protected: string _colour ="白色";// 顏色 string _num ="陜ABITO";// 車牌號(hào) Tire _t;// 輪胎 };
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