C++继承与多态核心笔记｜菱形继承、组合、虚函数、纯虚函数一网打尽

一、继承模型

1. 单继承

一个派生类只有一个直接基类，就是单继承。

2. 多继承

一个派生类有两个及以上直接基类，就是多继承。 内存布局：先继承的基类在前面，后继承的基类在后面，派生类自身成员放在最后。

3. 菱形继承（钻石继承）

菱形继承是多继承的特殊情况。

• 问题 ：普通多继承会造成数据冗余、二义性，公共基类成员存多份。

• 解决：虚继承 virtual：虚继承之后公共基类只保留一份。

Java 直接不支持多继承，直接规避菱形继承问题，工程实践尽量避免设计菱形继承。

二、多继承指针偏移问题

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;
}

• p1指向对象起始地址，对应Base1子对象；

• p2指向Base2子对象，指针会向后偏移；

• p3指向完整派生类对象起始地址。

所以 p1 != p2，p1 == p3。多继承向上转型，不同基类指针地址不一定相等。

三、继承和组合

本质：都是复用成员。

1. public 继承：is‑a 派生类对象本质就是一个基类对象，属于白箱复用。 子类可以访问父类保护成员，耦合度高，父类改动会强烈影响子类。

2. 组合：has‑a 把类对象作为另一个类的成员，属于黑箱复用。 内部细节对外不可见，类之间依赖弱，耦合度低。

✅工程原则：优先使用组合，而不是继承

• is‑a 关系，用继承；

• has‑a 关系，优先组合；

• 需要实现多态，必须使用继承。

高内聚、低耦合是软件工程核心追求。

四、多态

1. 多态两个必要条件

1. 基类指针 / 引用调用函数；

2. 调用的是虚函数，派生类完成虚函数重写 (覆盖)。

2. 虚函数重写（三同）

派生类虚函数和基类虚函数，返回值、函数名、参数列表全部相同，叫重写。
小坑：派生类不加 virtual，只要满足三同，依然构成重写，语法允许，但可读性差，考试选择题高频坑点。

3. 虚析构函数

基类析构建议写为virtual虚析构。

• 如果基类析构是虚函数，派生类析构自动构成重写，不管写不写 virtual。

• delete 基类指针指向派生类对象，只有基类析构为虚，才会调用派生类析构，否则只会调用基类析构，派生类资源泄漏。

五、重载、重写 (覆盖)、隐藏三大概念对比

1. 重载：同一个作用域，函数名相同，参数列表不同。

2. 重写 / 覆盖：继承体系，基类和派生类，虚函数，三同。

3. 隐藏：派生类定义和基类同名函数，不管参数是否相同，基类同名函数直接被隐藏。

六、纯虚函数 & 抽象类

virtual void func() = 0;

1. 虚函数后面写=0，就是纯虚函数，可以不写函数体。

2. 拥有纯虚函数的类叫抽象类。

3. 抽象类不能实例化对象。

4. 派生类必须重写全部纯虚函数，否则派生类也变成抽象类，也不能实例化。

抽象类强制约束派生类必须实现接口。

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考点小结

1. 菱形继承：普通继承造成二义性冗余，virtual虚继承解决；

2. 多继承向上转型，不同基类指针地址会偏移，不一定相等；

3. 优先组合，is‑a 才用继承；

4. 多态两大条件：基类指针 / 引用 + 虚函数重写；

5. 基类析构建议 virtual，防止派生类内存泄漏；

6. 抽象类包含纯虚函数，不能实例对象，强制子类实现接口。