cpp_10_多重继承_钻石继承_虚继承

1  多重继承

        一个类可以同时从多个基类继承实现代码。

1.1  多重继承的内存布局

        子类对象内部包含多个基类子对象。

        按照继承表的顺序依次被构造，析构的顺序与构造严格相反。

        各个基类子对象按照从低地址到高地址排列。

// miorder.cpp 多重继承：一个子类有多个基类
#include <iostream>
using namespace std;class A {
public:int m_a;A() { cout << "A()" << endl; }~A() { cout << "~A()" << endl; }
};class B {
public:int m_b;B() { cout << "B()" << endl; }~B() { cout << "~B()" << endl; }
};class C {
public:int m_c;C() { cout << "C()" << endl; }~C() { cout << "~C()" << endl; }
};class D : public A, public B, public C { // 汇聚子类
public:int m_d;
};
// 模拟类的设计者(类库、别人设计的类、自己设计的类)
// --------------------------------
// 模拟用户(使用类的人)
int main( void ) {D d; // |A基类子对象|B基类子对象|C基类子对象|m_d|-->|m_a|m_b|m_c|m_d|cout << "汇聚子类对象d的大小:" << sizeof(d) << endl; // 16D* pd = &d;cout << "整个汇聚子类对象的地址 D* pd: " << pd << endl;cout << "A基类子对象的首地址: " << &d.m_a << endl;cout << "B基类子对象的首地址: " << &d.m_b << endl;cout << "C基类子对象的首地址: " << &d.m_c << endl;cout << "D类自己的成员变量&m_d: " << &d.m_d << endl;return 0;
}

1.2  多重继承的类型转换

        （1）将子类对象的指针，隐式转换为它的某种基类类型指针，编译器会根据各个基类子对象在子类对象中的位置，进行适当的偏移计算，以保证指针的类型与其所指向目标对象的类型一致。

                反之，将任何一个基类类型的指针静态转换为子类类型，编译器，编译器同样会进行适当的偏移计算。

                不建议使用：无论在哪个方向上，重解释类型转换reinterpret_cast都不偏移：

       

// convercmp.cpp 多重继承的类型转换
#include <iostream>
using namespace std;class A {
public:int m_a;
};
class B {
public:int m_b;
};
class C {
public:int m_c;
};
class D : public A, public B, public C { // 汇聚子类
public:int m_d;
};
// 模拟类的设计者(类库、别人设计的类、自己设计的类)
// --------------------------------
// 模拟用户(使用类的人)
int main( void ) {D d; // |A基类子对象|B基类子对象|C基类子对象|m_d|-->|m_a|m_b|m_c|m_d|cout << "汇聚子类对象d的大小:" << sizeof(d) << endl; // 16D* pd = &d;cout << "整个汇聚子类对象的地址 D* pd: " << pd << endl;cout << "A基类子对象的首地址: " << &d.m_a << endl;cout << "B基类子对象的首地址: " << &d.m_b << endl;cout << "C基类子对象的首地址: " << &d.m_c << endl;cout << "D类自己的成员变量&m_d: " << &d.m_d << endl;cout << "---------------隐式转换---------------" << endl;A* pa = pd;cout << "D* pd--->A* pa: " << pa << endl;B* pb = pd;cout << "D* pd--->B* pb: " << pb << endl;C* pc = pd;cout << "D* pd--->C* pc: " << pc << endl;cout << "---------------static_cast---------------" << endl;D* p1 = static_cast<D*>(pa);cout << "A* pa--->D* p1: " << p1 << endl;D* p2 = static_cast<D*>(pb);cout << "B* pb--->D* p2: " << p2 << endl;D* p3 = static_cast<D*>(pc);cout << "C* pc--->D* p3: " << p3 << endl;cout << "---------------reinterpret_cast---------------" << endl;pa = reinterpret_cast<A*>(pd);cout << "D* pd--->A* pa: " << pa << endl;pb = reinterpret_cast<B*>(pd);cout << "D* pd--->B* pb: " << pb << endl;pc = reinterpret_cast<C*>(pd);cout << "D* pd--->C* pc: " << pc << endl;return 0;
}

        （2）引用的情况与指针类似，因为引用的本质就是指针。

1.3  多重继承的名字冲突

        如果在子类的多个基类中，存在同名的标识符，那么任何试图通过子类对象，或在子类内部访问该名字的操作，都将引发歧义。

        解决办法1：子类隐藏该标识符（因噎废食，不建议）；

        解决办法2：通过作用域限定操作符::显示指明所属基类。

// scope.cpp 多重继承的名字冲突问题 -- 作用域限定符
#include <iostream>
using namespace std;class A { // 学生类
public:int m_a;int m_c; // 成绩
};class B { // 老师类
public:int m_b;int m_c; // 工资
};class D : public A, public B { // 助教类
public:int m_d;
//  int m_c; // 在业务上毫无意义，仅仅就是为了将基类的m_c隐藏void foo() {A::m_c = 100; }
};
// 模拟类的设计者(类库、别人设计的类、自己设计的类)
// --------------------------------
// 模拟用户(使用类的人)
int main( void ) {D d; // |A基类子对象|B基类子对象|m_d| --> |m_a m_c|m_b m_c|m_d|cout << "汇聚子类对象d的大小:" << sizeof(d) << endl; // 20d.B::m_c = 8000; return 0;
}

2  钻石继承

        一个子类继承自多个基类，而这些基类又源自共同的祖先，这样的继承结构称为钻石继承（菱形继承）：

        

2.1  钻石继承的问题

        公共基类子对象，在汇聚子类对象中，存在多个实例：

                           

// diamond.cpp 钻石继承
#include <iostream>
using namespace std;
class A { // 公共基类(人类)
public:int m_a; // 年龄
};
class X : public A { // 中间子类(学生类)
public:int m_x;
};
class Y : public A { // 中间子类(老师类)
public:int m_y;
};
class Z : public X, public Y { // 汇聚子类(助教类)
public:int m_z;void foo() {X::m_a = 20; // 歧义}
};
// 模拟类的设计者(类库、别人设计的类、自己设计的类)
// --------------------------------
// 模拟用户(使用类的人)
int main( void ) {Z z; // |X中间子类子对象|Y中间子类子对象|m_z|-->// |A公共基类子对象 m_x|A公共基类子对象 m_y|m_z|-->|m_a m_x|m_a m_y|m_z|cout << "汇聚子类对象z的大小: " << sizeof(z) << endl; // 20z.Y::m_a = 20; // 歧义return 0;
}

         

3  虚继承

3.1  钻石继承的解决方法

        在继承表中使用virtual关键字。

        虚基类子对象，不在中间子类子对象中，保存在最后。

        虚继承可以保证：

                （1）公共虚基类子对象在汇聚子类对象中仅存一份实例 

                

                （2）公共虚基类子对象被多个中间子类子对象所共享 

3.2  虚继承实现原理

        汇聚子类对象中的每个中间子类子对象都持有一个指针，通过该指针可以获取 中间子类子对象的首地址 到 公共虚基类子对象 的首地址的 偏移量：

                   

// virtualinherit.cpp 虚继承 -- 钻石继承问题的解决法门
// (1) 公共基类(A类)子对象 在 汇聚子类(Z类)对象中 只存在一份
// (2) 公共基类(A类)子对象 要被 多个中间子类(X/Y类)子对象 共享
#include <iostream>
using namespace std;
#pragma pack(1)
class A { // 公共基类(人类)
public:int m_a; // 年龄
};
class X : virtual public A { // 中间子类(学生类)
public:int m_x;void setAge( /* X* this */ int age ) {this->m_a = age; // (1) this (2) X中间子类子对象 (3) 指针1 (4) 偏移量 // (5)this+偏移量 (6)A公共基类子对象首地址 (7)m_a}
};
class Y : virtual public A { // 中间子类(老师类)
public:int m_y;int getAge( /* Y* this */ ) {return this->m_a; // (1) this (2) Y中间子类对象 (3) 指针2 (4) 偏移量 // (5)this+偏移量 (6)A公共基类子对象首地址 (7)m_a}
};
class Z : public X, public Y { // 汇聚子类(助教类)
public:int m_z;void foo() {m_a = 20; }
};
// 模拟类的设计者(类库、别人设计的类、自己设计的类)
// --------------------------------
// 模拟用户(使用类的人)
int main( void ) {Z z; // |X中间子类子对象|Y中间子类子对象|m_z|A公共基类子对象|-->// |指针1 m_x|指针2 m_y|m_z|m_a|cout << "汇聚子类对象z的大小: " << sizeof(z) << endl; //  32z.setAge( 28 ); // setAge( &z, 28 ); cout << z.getAge() << endl; // getAge( &z );return 0;
}

3.3  虚继承的构造函数

// virtualCons.cpp 虚继承的构造函数
#include <iostream>
using namespace std;
#pragma pack(1)
class A { // 公共虚基类
public:int m_a;
};
// 开关量X=0;
class X : virtual public A { // 中间子类
public:X() {//【*】//【int m_x;】// if( 开关量X==0 ) { // 只有开关量X为0时，X类构造函数才会创建 A虚基类子对象//  【A();】// }}int m_x;
};
// 开关量Y=0;
class Y : virtual public A { // 中间子类
public:Y() {//【*】//【int m_y;】// if( 开关量Y==0 ) { // 只有开关量Y为0时，Y类构造函数才会创建 A虚基类子对象//  【A();】// }}int m_y;
};
class Z : public X, public Y { // 汇聚子类
public:Z( ) {// 开关量X=1，开关量Y=1  (将 开关量置为1 )//【X();】//【Y();】//【int m_z;】//【A();】// 开关量X=0，开关量Y=0  (复位开关量)}int m_z;
};
int main( void ) {X x; // |指针 m_x|A虚基类子对象| --> |指针 m_x|m_a|cout << "x对象的大小: " << sizeof(x) << endl; // 16Y y; // |指针 m_y|A虚基类子对象| --> |指针 m_y|m_a|cout << "y对象的大小: " << sizeof(y) << endl; // 16Z z; // |X中间子类子对象|Y中间子对象|m_z|A公共虚基类子对象| // --> |指针 m_x|指针 m_y|m_z|m_a|cout << "z对象的大小: " << sizeof(z) << endl;return 0;
}

3.4  虚继承特点

        虚基类子对象，不在中间子类子对象中，保存在最后。（通过上述开关量可知）

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