cpp_10_多重继承_钻石继承

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;
}