C++_继承(菱形继承与虚基表)

Posted 2021-05-16 楠c

目录

• 1. 什么是继承
• 2. 继承方式和访问限定符
• • 2.1 基类与派生类赋值
  • 2.2 继承中的作用域
  • 2.3 派生类的成员函数
  • • 2.3.1 构造函数
    • 2.3.2 拷贝构造
    • 2.3.3 赋值重载
    • 2.3.4 析构函数
• 3. 继承与友元
• 4. 继承与静态
• 5. 菱形继承
• • 5.1 菱形虚拟继承
  • 5.2 虚基表
• 6. 继承的总结与反思

1. 什么是继承

继承是什么：
继承是面向对象程序设计、使得代码可以复用的重要手段，它允许程序员在保持原有特性的基础上进行扩展，增加功能，这样产生的新类，称之为派生类。

继承的目的：

让子类继承和复用父类定义的成员和方法、继承下来的变量是独立的、各自拥有各自的内存空间。

2. 继承方式和访问限定符

1. 可见在派生类中，子类的访问方式是，MIN(继承方式,基类访问方式)

2. 实际基类的private成员在派生类不可见，只是语法上无法访问，假如你调用基类的方法还是可以用的。
   
   但是调用继承的方法可以用
   

3. 使用关键字class时默认的继承方式为private，使用struct时默认的继承方式是public，建议显示的写出继承方式

4. 基类private成员在派生类中是不能被访问，如果基类成员不想在类外直接被访问，但需要在派生类中能访问，就定义为protected。可以看出保护成员限定符是因继承才出现的。

5. 实际运用中，一般都是使用public继承，很少并且不提倡用protected和private继承，因为这两种继承下来的成员都只能在子类的类里面使用，实际中扩展延伸性不强

2.1 基类与派生类赋值

1. 派生类对象可以赋值给基类的的对象/指针/引用，这种方式叫做切片或者切割。即将子类中父类拿部分切下来，赋值过去
   
   而且当发生切片的时候，_name是string类型，还会深拷贝。
   

应用场景：

形参并没有发生隐式类型转换，假如是隐式类型转换的话，形参是肯定要加const的，因为引用的是临时对象

2. 基类对象不能赋值给派生类对象
   类似于：参数是单向迭代器时，双向的可以传入，是双向迭代器的时候，单向的不可传入
3. 基类的指针可以通过强转可以赋值给派生类的指针，前提是这个基类的指针必须指向一个派生类对象

4. 所有的前提都是在public继承下才会存在

2.2 继承中的作用域

1.在继承体系中基类和派生类都有独立的作用域(即可以定义同名变量)

2.子类和父类中有同名成员，子类成员将屏蔽父类对同名成员的 直接访问，这种叫做隐藏，也叫做重定义
类似于全局变量和局部变量同名，就近使用局部变量。
在子类成员函数中，可以使用基类::基类成员 显示访问

3.需要注意的是如果是成员函数的隐藏，只需要函数名相同就构成隐藏

4.注意在实际中在继承体系里面最好不要定义同名的成员

2.3 派生类的成员函数

2.3.1 构造函数

这种方法是错误的。

这里将它看做一个对象。调用他的构造函数，不写的话会自己调用默认构造函数（Tom）

假如没有默认构造函数的话必须在参数列表写(jerry)

2.3.2 拷贝构造

2.3.3 赋值重载

上述四个，都是先调用父类的成员函数，然后再自己处理自己的成员变量

2.3.4 析构函数

析构函数十分特别。

第一个问题，竟然报错了，其实这里是构成了隐藏，但是函数名明明不一样为什么就构成隐藏了呢？

由于多态的需要，所有的析构函数都被处理成了 destructor，所以他们的名字在编译器看来都是一样的。所以需要显示调用。
第二个问题，这竟然调用了两次person的析构。

梳理一下过程，定义子类对象，由于参数列表中，初始化的顺序是声明的顺序，所以无论怎么写，都是父类构造函数先构造，然后在构造子类的。但是先析构的是子类对象。假如我们显示的调用就会使父类先析构。
所以在汇编层面他会自己在子类成员析构后，自动调用父类成员。

3. 继承与友元

友元关系不能继承，也就是说基类的友元不能访问子类私有和保护成员。要使用的话必须重新声明

4. 继承与静态

基类定义了static静态成员，则整个继承体系里面只有一个这样的成员。无论派生出多少个子类，都只有一个static成员实例 。

5. 菱形继承

菱形继承是C++继承设计的一个缺陷，由于需要不断向前兼容，结果越陷越深，解决问题又要引入新的问题。
这是一个单继承，不存在问题


多继承用“，”分割,但是它引发出一个问题。

那就是菱形继承，一定会引起两个问题，数据冗余和二义性

5.1 菱形虚拟继承

Person中有_name,Student,Teacher也一定会继承下来。由此助手类继承了Student和Tcacher，这样继承了两个_name。所以

所以我们使用的时候就必须加上访问限定符

所以二义性就可以这样解决。但是数据冗余怎么解决呢？
使用virtual，虚继承来解决。

注意，是在Student和Teacher类，继承时加virtual。
Assisant不变。

即

所以显示调用解决了二义性问题，但没有解决数据冗余，而virtual既解决了数据冗余而且也解决了二义性。

5.2 虚基表

D d;
sizeof(d);

显然是20
是因为d中继承了B和C里的成员。显然没有虚继承之前有着数据冗余和二义性。

将B,C两个类加上虚拟继承，那么加入虚拟继承后的类是多大呢?

前面提到，虚拟继承解决了数据冗余和二义性，只有4个成员变量。
此时是否为16呢?

研究一下底层。

原本不加虚继承之前，继承了B中的a和b，继承了C中的a和c。对d对象取地址，对应的地址存放着有效值。可以看到加了虚继承后，原本那块地址对应的是一个冗余有效数据，现在变成了地址，也就是说那块地址现在存了一个指针。我们把它叫做虚基指针。它又指向一个虚基表。原本的两个a现在变成一个a，这个a，现在是一个虚基类对象，存储在最下面。

那么这个虚基指针指向的虚基表有什么用呢？

虚基表存着当前位置距离虚基类对象的偏移量，而存储着虚基指针的那个地址地址通过虚基指针拿到偏移量，相加得到之后，就指向了最下面的公共虚基类对象。这样就完成了处理数据冗余和二义性的问题。
来看一个例子：

B& rb=d;
rb.a=1;

d对象继承了B对象的a，rb先找到继承B对象的a的地址（引用的是C类型的话，就找c对象对应的a），不过此时由于虚继承那块地址不在存储有效值，而是存储这一个虚基指针，指向一个虚基表，存储着偏移量，然后在指向公共的虚基类对象，从而修改。

有了多继承就会有菱形继承，有了菱形继承就会引进数据冗余和二义性，而C++用虚拟继承解决了这一问题，虚拟继承底层实现了，让那块地址对应的区域不在存储冗余数据的值，而是存储一个虚基指针，指向一个虚基表，虚基表存储着偏移量，对应类型来找自己类型的a时（B类型找b的a，C类型找c的a），通过+偏移量，找到公共的虚基a对象。

6. 继承的总结与反思

1. 有了多继承，就存在菱形继承，有了菱形继承就有菱形虚拟继承，底层实现就很复杂。所以一般不建议设计出多继承，一定不要设计出菱形继承。否则在复杂度及性能上都有问题。

2. 多继承可以认为是C++的缺陷之一，很多后来的OO语言都没有多继承，如Java。

3. 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
   
   例如动物和狗，更符合is-a，那么就用继承。头和眼睛，更符合has-a,用组合。假如两个都比较符合就用组合

4. 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，但能用组合，就尽量用组合。符合高内聚低耦合。