C++学习20 虚基类详解

Posted 2020-08-04 白宫飘红旗

多继承时很容易产生命名冲突，即使我们很小心地将所有类中的成员变量和成员函数都命名为不同的名字，命名冲突依然有可能发生，比如非常经典的菱形继承层次。如下图所示：

类A派生出类B和类C，类D继承自类B和类C，这个时候类A中的成员变量和成员函数继承到类D中变成了两份，一份来自 A-->B-->D 这一路，另一份来自 A-->C-->D 这一条路。

在一个派生类中保留间接基类的多份同名成员，虽然可以在不同的成员变量中分别存放不同的数据，但大多数情况下这是多余的：因为保留多份成员变量不仅占用较多的存储空间，还容易产生命名冲突，而且很少有这样的需求。

为了解决这个问题，C++提供了虚基类，使得在派生类中只保留间接基类的一份成员。

声明虚基类只需要在继承方式前面加上 virtual 关键字，请看下面的例子：

#include <iostream>
using namespace std;
class A{
protected:
    int a;
public:
    A(int a):a(a){}
};
class B: virtual public A{  //声明虚基类
protected:
    int b;
public:
    B(int a, int b):A(a),b(b){}
};
class C: virtual public A{  //声明虚基类
protected:
    int c;
public:
    C(int a, int c):A(a),c(c){}
};
class D: virtual public B, virtual public C{  //声明虚基类
private:
    int d;
public:
    D(int a, int b, int c, int d):A(a),B(a,b),C(a,c),d(d){}
    void display();
};
void D::display(){
    cout<<"a="<<a<<endl;
    cout<<"b="<<b<<endl;
    cout<<"c="<<c<<endl;
    cout<<"d="<<d<<endl;
}
int main(){
    (new D(1, 2, 3, 4)) -> display();
    return 0;
}

本例中我们使用了虚基类，在派生类D中只有一份成员变量 a 的拷贝，所以在 display() 函数中可以直接访问 a，而不用加类名和域解析符。

请注意派生类D的构造函数，与以往的用法有所不同。以往，在派生类的构造函数中只需负责对其直接基类初始化，再由其直接基类负责对间接基类初始化。现在，由于虚基类在派生类中只有一份成员变量，所以对这份成员变量的初始化必须由派生类直接给出。如果不由最后的派生类直接对虚基类初始化，而由虚基类的直接派生类（如类B和类C）对虚基类初始化，就有可能由于在类B和类C的构造函数中对虚基类给出不同的初始化参数而产生矛盾。所以规定：在最后的派生类中不仅要负责对其直接基类进行初始化，还要负责对虚基类初始化。

有的读者会提出：类D的构造函数通过初始化表调了虚基类的构造函数A，而类B和类C的构造函数也通过初始化表调用了虚基类的构造函数A，这样虚基类的构造函数岂非被调用了3次？大家不必过虑，C++编译系统只执行最后的派生类对虚基类的构造函数的调用，而忽略虚基类的其他派生类（如类B和类C）对虚基类的构造函数的调用，这就保证了虚基类的数据成员不会被多次初始化。

最后请注意：为了保证虚基类在派生类中只继承一次，应当在该基类的所有直接派生类中声明为虚基类，否则仍然会出现对基类的多次继承。

可以看到：使用多重继承时要十分小心，经常会出现二义性问题。上面的例子是简单的，如果派生的层次再多一些，多重继承更复杂一些，程序员就很容易陷人迷 魂阵，程序的编写、调试和维护工作都会变得更加困难。因此很多程序员不提倡在程序中使用多重继承，只有在比较简单和不易出现二义性的情况或实在必要时才使用多重继承，能用单一继承解决的问题就不要使用多重继承。也正由于这个原因，C++之后的很多面向对象的编程语言（如Java、Smalltalk、C#、php等）并不支持多重继承。