C++虚继承详解
C++虚继承详解
看侯捷老师的C++内存模型时，讲到了虚继承。虚继承算是C++特有的知识了，特此记录下。
什么是虚继承
由于C++支持多继承，可能会出现菱形继承，代码如下：
#include // std::cout std::endl
class base
{
public:
long long par=0;
void show(int par) const noexcept;
};
void base::show(int par) const noexcept
{
par=par;
std::cout << "par:" << par << std::endl;
}
class derived1 : public base{};
class derived2 : public base{};
class final_derived : public derived1, public derived2
{
public:
long long fpar=3;
};
int main(void)
{
final_derived object;
// 两个show()函数，编译器不知道调用哪个
object.show();
return 0;
}
首先需要明白，编译器寻找普通成员函数时，和this指针有关系：
this指针是一个指针常量，其地址不能改变，指向当前对象，做为成员函数的第一个默认缺省参数，由编译器管理。
this指针的两个作用：
其一，类似于模板函数的类型推导确定对象所属类型，所以不同的类调用同名函数，是不会出现问题的，并确定函数操作的数据块大小；其二，它的值就是对象object的地址；
因此，通过this指针，当存在多个同名函数时，编译可以根据对象推导参数类型，找到这个类对应的函数，并操作对应空间的数据。
接下里，剖析下多继承中菱形继承问题。
多继承–成员函数方面
继承关系中的成员函数
由于函数会占用内存中代码区的资源，所以如果子类不用修改父类中的某一个成员函数，那直接用父类的这个函数就好了：
#include
using namespace std;
class base
{
public:
long long par=0;
void show(int par) const noexcept;
};
void base::show(int par) const noexcept
{
par=par;
std::cout << "par:" << par << std::endl;
}
class derived1 : public base{
public:
void show(int par){
cout<<"show of derived1"<
dst_type pointer_cast(src_type src)
{
// 巧妙地转换：由于static_cast不能转换两个毫不相关的变量，利用void* 进行转换
return *static_cast(static_cast(&src));
}
int main(void)
{
base* p1 = pointer_cast(&base::show);
derived1* p2 = pointer_cast(&derived1::show);
derived2* p3 = pointer_cast(&derived2::show);
cout< 三个成员函数的地址为：0x401550 0x4159c0 0x401550
可以看出：由于derived2的show函数就是用的base父类的show函数，而没有新建show函数；说的直白点，就是derived1的成员函数show实际变成了show(derived* const this,int par)，而derived2的成员函数show还是show(base* const this,int par)。
多继承中成员函数问题
接下来，并在main函数加入如下代码：
final_derived object;
object.show(1);
发现编译器直接报错：show函数目标不明确
一开始我是这么以为的：
这是由于final_derived没有重写show函数，所以会调用父类的show函数。然而，final_derived类调用show函数时，既能匹配show(derived* const this,int par)，也能匹配show(base* const this,int par)，编译器不明确到底调用哪个。
然而，实事并不是这样，我把derived1中的show函数删除了，也就是只剩一个show(base* const this,int par)了，但仍然出现show函数目标不明确的报错。所以，实事就是编译器在进行语法分析时，发现final_derived有两个相同的show函数，直接就报错了。
解决方法
为避免调用函数时，语法问题造成调用失败，有三种方法可以解决：
一、final_derived重写show函数:
class final_derived : public derived2,public derived1
{
public:
long long fpar=3;
void show(int par){
derived1::show(par);
}
};
但这样有个缺点，本来final_derived就是用的derived1的方法，且未作任何修改，按C++的设计思想，直接用父类derived1类的show方法就可以了，不应该用额外的内存。
二、调用的时候，指定具体的类，给this指针传更精确的类型：
int main(void)
{
final_derived object;
object.derived1::show(1);
object.derived2::show(2);
return 0;
}
这样就是写代码会很麻烦，别人还得知道你是怎么继承的。
三、虚继承
也就是在derived1类和derived2类继承base时，添加virtual关键字：
#include
using namespace std;
class base
{
public:
long long par=0;
void show(int par) const noexcept;
};
void base::show(int par) const noexcept
{
par=par;
std::cout << "par:" << par << std::endl;
}
class derived1 : virtual public base{
public:
void show(int par){
std::cout << "show of derived1"<< std::endl;
}
};
class derived2 : virtual public base{};
class final_derived : public derived2,public derived1
{
public:
long long fpar=3;
};
int main(void)
{
final_derived object;
object.show(1);
return 0;
}
这里输出的是show of derived1。
如果删除derived1的show函数，输出为par=1，也就是调用base的show函数
虚继承实现原理
derived1 和 derived1 虚继承 base，会新建一个虚基类表，存储虚基类相对直接继承类的偏移量，并把指向虚基类表的虚基类指针存入类中。
这样，final_derived在调用show时，过程如下：
- 首先找自己类中有没有show函数；如果没有，找父类。
- 父类中如果能找到，就用父类的show函数。（注意：如果derived1和derived2都重写了show函数，object.show(1)仍然报目标不明确的错误）
- 找derived1和derived2和虚基类表，如果发现show函数在两个类中的虚基类表中都存在，就直接调用base的show函数。
可以看出，虚继承并不能保证object.show(1)的合法调用，最好不要用多继承，就把虚继承这种机制当作语法糖吧。
多继承–成员变量方面
继承中类成员变量的分布
删除上述代码的show函数，专注于成员变量par上，观察object对象中的成员变量分布，以及它的大小。
#include
using namespace std;
class base
{
public:
long long par=0;
void show(int par) const noexcept;
};
void base::show(int par) const noexcept
{
par=par;
std::cout << "par:" << par << std::endl;
}
class derived1 : public base{};
class derived2 : public base{};
class final_derived : public derived2,public derived1
{
public:
long long fpar=3;
};
int main(void)
{
final_derived object;
cout< 其大小为24bytes（64位机器下），成员变量分布为：
依次是从derived2类继承的par，从derived1类继承的par，以及自身的fpra。由于final_derived是先继承的 derived2 后继承 derived1，因此从derived2继承来的par也分布在前端。
那么现在问题来了：其一：这个类中有两个par变量，要怎么访问呢？其二：从上述代码来看，final_derived直接用base的par就可以了，用两个par变量不是浪费空间吗？
解决办法
如果只解决第一个问题，可以通过指明具体类的方法：
cout<但如果还要解决第二个问题，仍然得借助虚继承,为了更方便说明，我加了两个参数par2和par3:
#include
using namespace std;
class base
{
public:
long long par=0;
long long par2=1;
long long par3=2;
void show(int par) const noexcept;
};
void base::show(int par) const noexcept
{
par=par;
std::cout << "par:" << par << std::endl;
}
class derived1 : virtual public base{};
class derived2 : virtual public base{};
class final_derived : public derived2,public derived1
{
public:
long long fpar=3;
};
int main(void)
{
final_derived object;
cout< 输出结果为48bytes,内存分布从上到下依次为：derived2的虚基类指针，derived1的虚基类指针，final_derived自身的fpar，base的三个成员变量（单继承中，父类的成员变量是放前面的）。
访问成员变量类似于成员函数的调用，先看类本身是否存在这个变量，然后去父类中找，最后找父类的虚继承表。
题外话: 虽然我一直觉得组合比继承好，但这里用组合好像没啥办法省内存，算是继承的一个优点吧，但代价就是代码写起来很麻烦。