C++:菱形继承问题

目录

1、什么是菱形继承

2、虚拟继承

3、一些常见问题

1. 什么是菱形继承?菱形继承的问题是什么?

2. 什么是菱形虚拟继承?如何解决数据冗余和二义性的

3. 继承和组合的区别?什么时候用继承?什么时候用组合?


1、什么是菱形继承

在C++中,菱形继承是指一个派生类同时继承自两个直接或间接基类,而这两个基类又继承自同一个基类。这种继承结构形成了一个菱形的图形,因此得名菱形继承。菱形继承可能会引起一些问题,其中最主要的问题是数据冗余。由于派生类继承了两个基类,这两个基类都可能包含相同的数据成员,导致派生类中存在两份相同的数据,造成数据冗余和浪费内存。

单继承:一个子类只有一个直接父类时称这个继承关系为单继承
多继承:一个子类有两个或以上直接父类时称这个继承关系为多继承
菱形继承:菱形继承是多继承的一种特殊情况。
菱形继承的问题:从下面的对象成员模型构造,可以看出菱形继承有数据冗余和二义性的问题。
Assistant 的对象中 Person 成员会有两份。
我们来看一个例子
class Person
{
public:string _name; // 姓名
};
class Student : public Person
{
protected:int _num; //学号
};
class Teacher : public Person
{
protected:int _id; // 职工编号
};
class Assistant : public Student, public Teacher
{
protected:string _majorCourse; // 主修课程
};
void Test()
{// 这样会有二义性无法明确知道访问的是哪一个Assistant a;a._name = "peter";// 需要显示指定访问哪个父类的成员可以解决二义性问题,但是数据冗余问题无法解决a.Student::_name = "xxx";a.Teacher::_name = "yyy";
}

菱形继承有数据冗余和二义性的问题

2、虚拟继承

虚拟继承可以解决菱形继承的二义性和数据冗余的问题。如上面的继承关系,在 Student
Teacher 的继承 Person 时使用虚拟继承,即可解决问题。需要注意的是,虚拟继承不要在其他地
方去使用。
class Person
{
public:string _name; // 姓名
};
class Student : virtual public Person
{
protected:int _num; //学号
};
class Teacher : virtual public Person
{
protected:int _id; // 职工编号
};
class Assistant : public Student, public Teacher
{
protected:string _majorCourse; // 主修课程
};
void Test()
{// 这样可以解决二义性和数据冗余Assistant a;a._name = "peter";
}

通过内存窗口观察对象成员的模型来研究虚拟继承原理
class A
{
public:int _a;
};
class B : public A
//class B : virtual public A
{
public:int _b;
};class C : public A
//class C : virtual public A
{
public:int _c;
};
class D : public B, public C
{
public:int _d;
};
void Test()
{D d;d.B::_a = 1;d.C::_a = 2;d._b = 3;d._c = 4;d._d = 5;
}
从上图可以看到0x00EFF67C和0x00EFF684都是_a,这就是数据冗余。
下面我们使用虚拟继承来观察
可以看到原来_a的地址存放了两个新的地址,而_a存在了_d的下一个位置,我们来观察这两个地址
B到A偏移量为20,C到A偏移量为12
这里是通过了 B C 的两个指针,指 向的一张表。这两个指针叫虚基表指针,这两个表叫虚基表。虚基表中存的偏移量。通过偏移量 可以找到下面的 A
现在就可以对Person虚拟继承进行解释

3、一些常见问题

1. 什么是菱形继承?菱形继承的问题是什么?

菱形继承是指一个派生类同时继承自两个直接或间接基类,而这两个基类又继承自同一个基类。这种继承结构形成了一个菱形的图形,因此得名菱形继承。
菱形继承会引发数据冗余和二义性问题。

2. 什么是菱形虚拟继承?如何解决数据冗余和二义性的

菱形虚拟继承是C++中用来解决菱形继承问题的一种技术。通过使用虚拟继承,可以避免数据冗余和虚基类指针二义性问题。在菱形虚拟继承中,共同的基类被标记为虚基类,这样在派生类中只会保留一份虚基类的数据成员,从而避免了数据冗余。此外,虚基类指针也只会指向虚基类的唯一实例,消除了二义性。

3. 继承和组合的区别?什么时候用继承?什么时候用组合?

public继承是一种is-a的关系。也就是说每个派生类对象都是一个基类对象。
组合是一种has-a的关系。假设B组合了A,每个B对象中都有一个A对象。
继承允许你根据基类的实现来定义派生类的实现。这种通过生成派生类的复用通常被称
为白箱复用(white-box reuse)。术语“白箱”是相对可视性而言:在继承方式中,基类的
内部细节对子类可见 。 继承一定程度破坏了基类的封装,基类的改变,对派生类有很
大的影响。派生类和基类间的依赖关系很强,耦合度高。
对象组合是类继承之外的另一种复用选择。新的更复杂的功能可以通过组装或组合对象
来获得。对象组合要求被组合的对象具有良好定义的接口。这种复用风格被称为黑箱复
用(black-box reuse),因为对象的内部细节是不可见的。对象只以“黑箱”的形式出现。
组合类之间没有很强的依赖关系,耦合度低。优先使用对象组合有助于你保持每个类被
封装。
实际尽量多去用组合。组合的耦合度低,代码维护性好。不过继承也有用武之地的,有
些关系就适合继承那就用继承,另外要实现多态,也必须要继承。类之间的关系可以用
继承,可以用组合,就用组合。

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