8-5：C++继承之多继承，菱形继承，虚继承，虚基表，继承和组合

Posted 2021-05-16 快乐江湖

文章目录

• 一：菱形继承与菱形虚拟继承
• • （1）多继承
  • （2）菱形继承
  • （3）虚继承
  • • A：如何解决
    • B：解决原理
• 二：继承总结
• • （1）继承缺陷
  • （2）继承与组合

一：菱形继承与菱形虚拟继承

（1）多继承

之前我们所讲得继承全部属于单继承：一个子类只有一个直接父类

由于在现实生活中，一个人可能会有双重角色。比如研究生可以作为助教，一方面它是学生一方面它是老师，这样一来，一个子类就有两个及以上的直接父类了，称这种继承为多继承

（2）菱形继承

C++有很多让人觉得不满意的地方，其中有一个地方就是多继承带来的菱形继承问题，抽象来看，继承关系呈现一种环形结构

如下，一个助教可以是老师也可以是学生，老师和学生同时又是人

这种继承关系会引发数据冗余和数据二义性的问题

• 数据冗余：助教里面Person会被继承两次
• 数据二义：助教的姓名到底应该是哪一个（虽然现实生活中会存在这种起别名的现象，但是我们考虑的是如身份证那样不可二义的对象）

如下代码反应的就是上述继承关系，最终编译器报错：对于name不明确

class Person
{
public:
	string _name;//姓名
};

class Student : public Person
{
protected:
	int _num;//学号
};

class Teacher : public Person
{
protected:
	int _id;//工号
};

class Assistant : public Student, public Teacher
{
protected:
	string _course;//主讲课程
};

int main()
{
	Assistant a;
	a._name = "xiaowang";

}

• 上面体现的二义的问题，这个问题当然可以通过加入域作用限制符指定父类解决，但是仍然无法解决属于冗余的问题

（3）虚继承

A：如何解决

如果解决上面的问题就要使用虚继承，只需使用关键字virtual，在下面的位置加入即可

class Student : virtual public Person
{
protected:
	int _num;//学号
};

class Teacher : virtual public Person
{
protected:
	int _id;//工号
};

B：解决原理

为了方便描述，使用下面的代码作说明

class A
{
public:
	int _a;
};

class B : public A
{
public:
	int _b;
};

class C : public A
{
public:
	int _c;
};

class D : public B, public C
{
public:
	int _d;
};
int main()
{
	D d;
	d.B::_a = 1;
	d.C::_a = 2;
	d._b = 3;
	d._c = 4;
	d._d = 5;

	return 0;

}

• 继承关系是下面这样的
• 
• 内存窗口如下
  

可以发现不采用虚继承的话，对于对象d它的所占的空间就是20个字节。将上述继承改为虚继承，那么它的大小应该变为16个字节，因为只保存了一份a，但是实际查看内存窗口发现它竟然占用了24个字节

先不要管那多出的八个字节，其余继承关系如下

可以看出上面的a=1是公共的，b和c都继承了a，那么在赋值时d是如何找到这个位于下方的公共的a呢？上面多出的0055db40 和0055db48很明显是两个指针，称其为虚基表指针，他们分别指向了虚基表，虚基表中存储的是一个偏移量，通过偏移量可以找到a

尤其在发生切片操作时，这样的偏移量就能保证赋值时正确的

D d
B b=d
C c=d

因此使用虚继承后d.B::a=1这样的操作就是通过偏移量完成的

二：继承总结

（1）继承缺陷

有了多继承，就会出现菱形继承，有了菱形继承就有虚拟继承，因此底层的实现一定会很复杂。所以设计时不建议设计多继承，而且一定不能有菱形继承，否则会出现这样那样的问题

（2）继承与组合

继承
class A
{};
class B : public A
{}

组合
class A
{};
class B
{
	A a;
}

public继承是一种is-a的关系，也就是每个子类对象都是一个父类对象（学生也是人），而组合是一种has-a的关系

继承体现的是白箱复用，组合体现的是黑箱复用

• 继承允许你根据父类的实现来定义子类的实现。这种方式就是白箱复用，在继承方式中，父类的内部细节对子类可见。继承一定程度上破坏了父类的封装，父类的改变对子类有很大的影响——耦合性太强
• 组合是继承外的另一种很好的选择，新的更复杂的功能可以通过组合对象获得。对象组合要求被组合的对象具有良好定义的接口，对象的内部细节对“父类”是不可见的，组合类之间没有很强的依赖性——高内聚，低耦合

设计时要优先使用组合而不是继承

• 看他们更符合is-a关系（比如猫是动物，狗是动物）还是has-a关系（往往是某个对象的属性）