【C++】复杂的菱形继承及菱形虚拟继承

旧城等待， 2023-05-28 05:17 43阅读 0赞

## 单继承： ##

**一个子类只有一个直接父类时称这个继承关系为单继承。**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pEXzAxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70]

## 多继承： ##

**一个子类有两个或以上直接父类时称这个继承关系为多继承。**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pEXzAxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

## 菱形继承： ##

**菱形继承是多继承的一种特殊情况。两个子类继承同一个父类，而又有子类同时继承这两个子类。**  
![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pEXzAxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

## 菱形继承的问题： ##

**从下面的对象成员模型构造，可以看出菱形继承有数据冗余和二义性的问题。在Assistant的对象中Person成员会有两份。**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pEXzAxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

class Person
    { 
    public:
    	string _name;		//姓名
    };
    
    class Student : public Person
    { 
    protected:
    	int _num;		//学号
    };
    
    class Teacher : public Person
    { 
    protected:
    	int _id;		//职工编号
    };
    
    class Assistant : public Student, public Teacher
    { 
    protected:
    	string _majorCourse;		//主修课程
    };
    
    void Test()
    { 
    	//这样会有一个二义性，无法明确知道访问的是哪一个
    	Assistant a;
    	a._name = "zd";
    
    	//需要显示指定访问哪个父类的成员，可以解决二义性问题，但是数据冗余问题无法解决
    	a.Student::_name = "xxx";
    	a.Teacher::_name = "yyy";
    }

## 虚拟继承 ##

**虚拟继承可以解决菱形继承的二义性和数据冗余的问题。如上面的继承关系，在Student和Teacher的继承Person时使用虚拟继承，即可解决问题。需要注意的是，虚拟继承不要在其他地方去使用。**

class Person
    { 
    public:
    	string _name;		//姓名
    };
    
    class Student : virtual public Person
    { 
    protected:
    	int _num;		//学号
    };
    
    class Teacher : virtual public Person
    { 
    protected:
    	int _id;		//职工编号
    };
    
    class Assistant : public Student, public Teacher
    { 
    protected:
    	string _majorCourse;		//主修课程
    };
    
    void Test()
    { 
    	Assistant a;
    	a._name = "zd";
    }

## 虚拟继承解决数据冗余和二义性的原理 ##

为了研究虚拟继承原理，我们给出了一个简化的菱形继承继承体系，再借助内存窗口观察对象成员的模型。

class A
    { 
    public:
    	int _a;
    };
    
    //class B : public A
    class B : virtual public A
    { 
    public:
    	int _b;
    };
    
    //class C : public A
    class C : virtual public A
    { 
    public:
    	int _c;
    };
    
    //class D : public A
    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;
    
    	system("pause");
    	return 0;
    }

下图是菱形继承的内存对象成员模型：这里可以看到数据冗余。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pEXzAxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]  
下图是菱形虚拟继承的内存对象成员模型：这里可以分析出D对象中将A放到了对象组成的最下面，这个A同时属于B和C，那么B和C如何去找到公共的A呢？**这里是通过了B和C的两个指针，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。虚基表中存的偏移量，通过偏移量可以找到下面的A。**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pEXzAxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]  
下面是上面的Person关系菱形虚拟继承的原理解释：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pEXzAxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]

## 继承的总结和反思 ##

1.  很多人说C++语法复杂，其实**多继承就是一个体现**。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。否则在复杂度即性能上都有问题。
2.  多继承可以认为是C++的缺陷之一，很多后来的OO（面向对象）语言都没有多继承，如Java。
3.  **继承和组合**

*  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。
 *  优先使用对象组合，而不是类继承。
 *  继承允许你根据基类类的实现来定义派生类的实现。这种通过生成派生类的复用通常被称为白箱复用(white-box reuse)。 术语“白箱”是相对可视性而言：在继承方式中，**基类的内部细节对子类可见**。继承一定程度破坏了基类的封装，基类的改变，对派生类有很大的影响。派生类和基类间的依赖关系很强，耦合度高。
 *  对象组合是类继承之外的另一种复用选择。新的更复杂的功能可以通过组装或组合对象来获得。对象组合要求被组合的对象具有良好定义的接口。这种复用风格被称为黑箱复用(black-box reuse)，因为**对象的内部细节是不可见的**。对象只以“黑箱”的形式出现。 组合类之间没有很强的依赖关系，**耦合度低**。优先使用对象组合有助于你保持每个类被封装。
 *  ==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，可以用组合，就用组合。

//Car 和 BMW Car 和 Benz 构成 is-a 的关系
    class Car
    { 
    protected:
    	string _color = "白色";		//颜色
    	string _num = "陕ABIT00";	//车牌号
    };
    
    class BMW : public Car
    { 
    public:
    	void Drive()
    	{ 
    		cout << "好开-操控" << endl;
    	}
    };
    
    class Benz : public Car
    { 
    public:
    	void Drive()
    	{ 
    		cout << "好坐-舒适" << endl;
    	}
    };
    
    //Tire和Car构成 has-a的关系
    class Tire
    { 
    protected:
    	string _brand = "Michelin";		//品牌
    	size_t _size = 17;				//尺寸
    };
    
    class Car
    { 
    protected:
    	string _color = "白色";		//颜色
    	string _num = "陕ABIT00";	//车牌号
    	Tire _t;					//轮胎
    };

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