C++繼承詳解三 ----菱形繼承、虛繼承

轉載：http://blog.csdn.net/pg_dog/article/details/70175488

今天呢，我們來講講菱形繼承與虛繼承。這兩者的講解是分不開的，要想深入了解菱形繼承，你是繞不開虛繼承這一點的。它倆有著什么關系呢？值得我們來剖析。?
菱形繼承也叫鉆石繼承，它是多繼承的一種特殊實例吧，它的基本架構如下圖：?
這里寫圖片描述

在我們的設想中，D所對應的對象模型應該如下圖所示：

這里寫圖片描述 ?
下面我們來用一段代碼驗證一下：

class A
{
public:A(){cout << "A()" << endl;}~A(){cout << "~A()" << endl;}char a;
};class B  :public A
{
public:B(){cout << "B()" << endl;}~B(){cout << "~B()" << endl;}char b;
};class C :public A
{
public:C(){cout << "C()" << endl;}~C(){cout << "~C()" << endl;}int c;
};
class D :public B, public C
{
public:D(){cout << "D()" << endl;}~D(){cout << "~D()" << endl;}int d;};int main()
{cout << sizeof(A)<< endl;  //1cout << sizeof(B)<< endl;  //2cout << sizeof(C)<< endl;  //8cout << sizeof(D)<< endl;  //16system("pause");return 0;
}1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68

這里寫圖片描述

上面顯示的大小似乎證實了我們的猜想，但實際上對象模型不是這樣的，如下圖所示?
這里寫圖片描述 ?
但是你會發現，這里面存在一個問題，對象D中有兩個‘a’，存在數據冗余的問題，如果對象B，C中有兩個同名的函數或同名成員變量（本例中的變量‘a’），那么對象D在調用該函數或該成員變量時，該選擇調用哪個呢？這也就可以看出還存有二義性問題。那么該如何處理呢？?
解決二義性問題很簡單，你在調用函數時加上作用域運算符（：：），但是數據冗余問題還是沒有解決。那么編譯器是如何處理這兩個問題的呢？?
為了解決二義性問題和數據冗余問題，C++引入了虛繼承這一概念。下面重點來看虛繼承。

虛繼承?
虛繼承又稱共享繼承，是面向對象編程的一種技術，是指一個指定的基類，在繼承體系結構中，將其成員數據實例共享給也從這個基類直接或間接派生的其他類。虛擬繼承是多重繼承中特有的概念，虛擬繼承就是為了解決多重繼承而出現的。?
這里我想引入《C++ Primer》這本書中對虛繼承的有關描述。

在C++語言中我們通過虛繼承的機制來解決共享問題。虛繼承的目的是令某個類作出聲明，承諾共享它的基類。其中，共享的基類子對象稱其為虛基類。在這種機制下，不論虛基類在繼承體系中出現了多少次，在派生類中都只含有唯一一個共享的虛基類子對象。

這里還有一個概念，虛基類。虛基類是通過virtual繼承而來的派生類的基類。例如：B虛繼承了A，所以A是B的虛基類，而不是說A是虛基類。?
看下圖了解普通基類與虛基類的區別：

這里寫圖片描述

按照上面的說法，在對象D中應該只含有一個共享的虛基類子對象，也就是例子中的_a。確實，這樣就解決了數據冗余與二義性問題。我們來驗證上面的的說法。（為了計算簡單，我將上例中每個類成員變量變為整形int）

下面我們來看一段代碼：

class A
{
public:A(){cout << "A()" << endl;}~A(){cout << "~A()" << endl;}void print(){printf("A");}int _a;
};class B  :virtual public A   //B虛繼承A
{
public:B(){cout << "B()" << endl;}~B(){cout << "~B()" << endl;}int _b;
};class C :virtual public A    //C虛繼承A
{
public:C(){cout << "C()" << endl;}~C(){cout << "~C()" << endl;}int _c;
};
class D :public B, public C
{
public:D(){cout << "D()" << endl;}~D(){cout << "~D()" << endl;}int _d;};int main()
{cout << sizeof(A)<< endl;cout << sizeof(B)<< endl;cout << sizeof(C)<< endl;cout << sizeof(D)<< endl;B bb;C cc;D dd;dd.B::_a = 1;dd.C::_a = 2;dd._b = 3;dd._c = 4;dd._d = 5;system("pause");return 0;
}1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81

B和C都是虛擬繼承，?
按照我們之前的推理，對象D的結構應該如圖所示：?
這里寫圖片描述 ?
我們來通過vs2013調試中的內存窗口來驗證一下：?
?
看到這個結果是不是嚇壞寶寶了？和我們預測的完全不一樣，對象A和B中的_a跑到了最底部，這種結構明顯沒有了數據冗余和二義性問題了，這是怎么實現的呢？這就要引入一新的概念——虛基類表。?
虛基類表：又稱虛基表，編譯器會給虛繼承而來的派生類生成一個指針vbptr指向一個虛基表，而虛基表中存放的是偏移量。?
我們來看對象D中的對象B，它的第一部分（第一行）就是虛基類表指針vbptr，它存的是虛基表的地址，虛基表中存的是共享基類成員變量_a的相對此位置的偏移量，我們來看看，“01259b60”是個地址，利用內存窗口我們可以發現里面存著兩部分第一行“00 00 00 00”和第二行“00 00 00 14”，虛基表中分兩部分：第一部分存儲的是對象相對于存放vptr指針的偏移量（在這就是“00 00 00 00”，偏移量為0），第二部分存儲的是對象中基類對象部分相對于存放vbptr指針的地址的偏移量（在這就是“00 00 00 14”），?
即20（十六進制下14就是十進制的20），也就是說偏移量是20個字節，你可以用他們的地址相減驗證一番。你可以看圖數一下，而對象D中的C的第一部分也是一樣，是個虛基表，存的一樣也是偏移量，它存的地址“00369b68”，里面是“00 00 00 0c”即十進制的12，即偏移量為12字節。可以看下圖：

這里寫圖片描述

下面我再講一個概念——虛函數，這會在下篇文章多態中重點講解，但是這里有必要了解一下。?
虛函數——類的成員函數前面加上virtual關鍵字，則這個函數被稱為虛函數。

虛函數：用于定義類型特定行為的成員函數。通過引用和指針對虛函數的調用直到運行時才被解析，依據是引用或指針所綁定對象的類型。（《C++ Primer》中定義）

虛函數重寫（覆蓋）：當在子類定義了一個和父類完全相同的虛函數時，則稱這個這個子類的函數重寫了（覆蓋了）父類的虛函數。?
既然說到這，就有必要區分一下幾個概念：?
重載：在同一作用域內，函數名相同，參數不同，返回值可不同的一對函數被稱為重載。?
隱藏（重定義）：在不同作用域（一般指基類和派生類），函數名相同，參數列表也相同，但不需要virtual關鍵字的一組函數稱為隱藏。?
覆蓋：不在同一作用域（一般指派生類和基類），完全相同（協變除外）基類中函數必須有virtual關鍵字的一對函數被稱為重定義。

注：?
1，基類中定義了虛函數，在派生類中該函數始終保持虛函數的特性。?
2，只有類的成員函數才能定義為虛函數。?
3，靜態成員函數不能定義為虛函數。?
4，如果在類外定義虛函數，只能在聲明處加virtual關鍵字，類外定義函數時不能加virtual關鍵字。?
5，構造函數不能為虛函數。?
6，最好不要將賦值運算符重載定義為虛函數，因為使用容易混淆。?
7，不要在構造函數和析構函數調用虛函數，在構造函數和析構函數中對象是不完整的，可能會發生未定義的行為。?
8，最好將基類的析構函數定義為虛函數。（注：雖然基類的析構函數和派生類的析構函數名稱不一樣，但構成覆蓋，因為編譯器做了特殊處理）?
9，虛繼承只對虛繼承子類后面派生出的子類有影響，對虛繼承自雷本身沒有影響。

純虛函數?
純虛函數——在成員函數的后面加上=0，則成員函數為純虛函數。一個純虛函數無需定義，但也可以定義，但是必須在類外，也就是說我們不能在類內部為一個帶有=0的函數提供函數體。包含純虛函數的類被稱為抽象類，也叫接口類。抽象類不能實例化出對象。他只是作為基類服務于派生類，如果派生類不對基類的虛函數進行覆蓋，那他仍將是抽象基類。

class Father    //抽象類（接口類）
{
public:virtual void fun() = 0;  //定義純虛函數
protected:int _a;
};class Child
{
public:virtual void fun() = 0; //覆蓋，否則Child也是抽象類（接口類）
}; 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13