C++继承总结(下)——菱形继承

一.什么是菱形继承

菱形继承是多继承的一种特殊情况，一个类有多个父类，这些父类又有相同的父类或者祖先类，那么该类就会有多份重复的成员，从而造成调用二义性和数据冗余。

cpp 复制代码

class Person
{

public:
	Person()
	{
		cout << "Person构造" << endl;
	}
public:
	int _name = 0;
	int _age = 0;
};



class Student :  public Person
{
	
public:
	Student()
	{
		cout << "Student构造" << endl;
	}
	int _stuid = 0;
};

class Teacher :  public Person
{
public:
	Teacher()
	{
		cout << "Teacher构造" << endl;
	}
	int _jobid = 0;
};

class Assistant : public Student, public Teacher
{
public:
	Assistant()
	{
		cout << "Assistant构造" << endl;
	}
	int _task = 0;
};
int main()
{
	Assistant a;
	//a._name;//二义性:访问Student的_name还是Teacher的_name呢?
    
    //需要指定类域访问
	a.Student::_name = 1;
	a.Student::_age = 2;
	a._stuid = 3;
	a.Teacher::_name = 4;
	a.Teacher::_age = 5;
	a._jobid = 6;
	a._task = 7;
	
	return 0;
}

从a的内存布局可以看到，a中有两份_name和_age，它们是从Student和Teacher类继承下来的。二义性的问题可以通过指定类域访问解决,但数据冗余的问题是无法规避的,必须引入新的技术------虚继承

二.虚继承的用法

只需在继承那个祖先类时加上关键字virtual即可

cpp 复制代码

class Person
{

public:
	Person()
	{
		cout << "Person构造" << endl;
	}
public:
	int _name = 0;
	int _age = 0;
};

class Student :  virtual public Person
{
	
public:
	Student()
	{
		cout << "Student构造" << endl;
	}
	int _stuid = 0;
};

class Teacher :  virtual public Person
{
public:
	Teacher()
	{
		cout << "Teacher构造" << endl;
	}
	int _jobid = 0;
};

class Assistant : public Student, public Teacher
{
public:
	Assistant()
	{
		cout << "Assistant构造" << endl;
	}
	int _task = 0;
};
int main()
{
	Assistant a;

	a.Student::_name = 1;
	a.Student::_age = 2;
	a._stuid = 3;
	a.Teacher::_name = 4;
	a.Teacher::_age = 5;
	a._jobid = 6;
	a._task = 7;
	
	return 0;
}

虚继承前：

虚继承后：

可以看到，Person构造函数只调用了一次。

再来看看虚继承后a的内存分布：

虚继承后，重复的那部分成员被单独拎了出来，只有一份，此时就不存在二义性的问题了。a.Student::_name；a.Student::_name；a._name访问的是同一份数据。同时也解决了数据冗余的问题。

三.虚继承的原理

Student和Teacher中多出的这两个东西是什么呢？这似乎是一个地址，那我们在内存中看一看（注意是小端存储，低字节存低位数据，高字节存高位数据，故地址应该为007e9b4c和007e9b54）

注意这是16进制，故第一个数是20，第二个数是12。

在看看上面的内存分布，会发现：006ff8d0这个地址加上20，006ff8d8加上12，刚好是006ff8e4，也就是重复的Person那部分变量的起始地址。

Assistant对象中将Person放到的了对象组成的最下面，这个Person同时属于Student和Teacher，给Student和Teacher都添加一个指针，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。虚基表中存了偏移量，通过偏移量可以找到下面的Person。事实上，虚基表中存放了两个数据，第二个数是偏移量，第一个数与多态中的虚表有关，这里不作展开，后面的多态会讲到。

四.例题

1.多继承中指针偏移问题？下面说法正确的是( )
cpp 复制代码
class Base1 {  public:  int _b1; };
class Base2 {  public:  int _b2; };
class Derive : public Base1, public Base2 { public: int _d; };
int main(){
     Derive d;
     Base1* p1 = &d;
     Base2* p2 = &d;
     Derive* p3 = &d;
     return 0;
}
A：p1 == p2 == p3 B：p1 < p2 < p3 C：p1 == p3 != p2 D：p1 != p2 != p3

d的内存分布如图，p1和p3相等，不同之处在于p3解引用能访问整个对象，p1解引用只能访问Base1哪部分

2.下面程序输出结果是什么? （）

cpp 复制代码

using namespace std;
class A{
public:
     A(const char *s) { cout<<s<<endl; }
     ~A(){}
};
class B:virtual public A
{
public:
     B(const char *s1,const char*s2):A(s1) { cout<<s2<<endl; }
};
class C:virtual public A
{
public:
     C(const char *s1,const char*s2):A(s1) { cout<<s2<<endl; }
};
class D:public B,public C
{
public:
     D(const char *s1,char *s2,const char *s3,const char *s4)
        :B(s1,s2)
        ,C(s1,s3)
        ,A(s1)
     { cout<<s4<<endl;}
};
int main() {
     D *p=new D("class A","class B","class C","class D");
     delete p;
     return 0;
}

A：class A class B class C class D

B：class D class B class C class A

C：class D class C class B class A

D：class A class C class B class D

首先明确一点，A的构造函数会调一次还是三次？因为虚继承解决数据冗余的问题，A的成员在D中只有一份，故只会调用一次构造函数。那么调用时机在哪呢？应该是在调用B，C的构造函数之前，A构造完后，构造B，C时就不会再去调用A的构造函数了。而B,C的构造函数谁先调用？答案是按继承顺序来，B先继承，故B先调用。故答案为A

假如把两个virtual去掉，A的构造函数会调用几次？答案是编译错误，去掉virtual后这就是一个普通的多继承，B,C中都有A，D不能单独去初始化A。去掉初始化列表中的A(s1)就正确了，A会被构造两次。