C++菱形继承及解决方法

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前言

上一次我们在说C++继承关系时，聊到了菱形继承。菱形继承是多继承的一种特殊情况。

菱形继承的问题

数据冗余

class Person
{
          
   
protected:
    string _name; //姓名
    int _age;     //年龄
};

class Student : public Person
{
          
   
protected:
    int _stuid; //学号
};

class Teacher : public Person
{
          
   
protected:
    int _jobid; //工号
};

class Assistant : public Student, public Person
{
          
   
protected:
    int _id; //编号
};

我们可以看到类Assitant是从Student，Teacher继承而来。而Student和Teacher是从Person继承而来，此时Assitant中就会有两份Person的数据，造成数据的冗余。

数据的二义性

我们的Assistant类中有两个_name 和 _ id，此时当我们在Assistant中去使用这两个变量时，编译器就不知道该去使用哪一个而出现问题

解决方法

虚拟继承

此时我们需要用到C++的关键字virtual，只需要在菱形继承的分叉点中加入virtual，此时就能解决菱形继承中的数据冗余和二义性的问题。

class Person
{
          
   
protected:
    string _name; //姓名
    int _age;     //年龄
};

class Student : virtual public Person //在继承方式前加上virtual
{
          
   
protected:
    int _stuid; //学号
};

class Teacher : virtual public Person //在继承方式前加上virtual
{
          
   
protected:
    int _jobid; //工号
};

class Assistant : public Student, public Teacher
{
          
   
protected:
    int _id; //编号
public:
    void f()
    {
          
   
        cout << _name << endl; //此时无二义性问题
    }
};

二义性我们解决了，那么数据冗余我们也解决了吗？？？

我们首先来看看虚拟继承前Assistant类的大小。

我们再来看看虚拟继承后Assistant类的大小。

可以很明显的看到，Assistant类的大小变小了。那么虚拟继承是如何解决这个问题的呢？

解决原理

首先我们先来看一下继承下来的对象是如何在内存中存储的。为了方便观看，我使用一个比较简单的类来理解这个问题。

class A
{
          
   
public:
    int _a;
};

class B : public A
{
          
   
public:
    int _b;
};

class C : public A
{
          
   
public:
    int _c;
};

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;
    return 0;
}

将类中的每一个成员初始化为便于观察值的值，来方便我们观察内存中的值。下面我们来看看内存中的样子。

我们可以很明显的看到存储方式。此时D中含有两个_a成员，产生了数据冗余。

接下来我们来看看虚拟继承是如何存储这些成员，而防止数据冗余以及二义性的。还是相同的代码，但此时的内存空间变成了下面的样子。

此时我们发现，原本的对象中多了两个指针，但是少了一个_a成员。那么这两个指针是用来干什么的呢？接下来我们来看看指针指向的空间里面有什么。

这两个指针指向的空间开始都为0，但下一个就是正常的数。但这个数有什么用呢？？？？

此时我们会发现，这个数正好是距离A的一个偏移量。第一个指针距离_a成员的距离为20个字节，所以第一个指针指向空间存的值为14（十六进制），第二个指针为距离 _a成员为12个字节，所以第二个指针指向空间存的值为C。

所以我们可以总结出菱形虚拟继承的存储方式。在原本的对象中添加一个虚基表指针，这个虚基表指向一个空间，这个空间叫做虚基表，通过查表我们可以找到我们想要访问的成员，来避免数据的冗余和二义性。

结语

欢迎各位参考与指导！！！