C++ - 继承 | 菱形继承

之前的文章中我们简要的讲述了C++中继承部分的知识，但是还没有完全的讲完，在本文中将会讲到菱形继承的问题。

复杂的菱形继承

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。

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。

 菱形继承：菱形继承是多继承的一种特殊情况。

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()
{
	// 这样会有二义性无法明确知道访问的是哪一个
	Assistant a;
	//a._name = "peter"; // err
	// 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";
}

菱形继承的问题：很容易就会发现菱形继承中既会有Teacher类继承Person类中的数据_name，又会有Student中继承Person的数据_name，这样的话如果我们使用a._name来进行访问的时候就会产生二义性的问题，解决二义性的问题可以使在相同名字的数据的前面添加上其所属的类域；但是这样又会有一个新的问题就是会产生数据冗余的问题，在一般的情况下像姓名这种数据在类中只需要存储一份就够了。

虚拟继承

为了解决菱形继承的问题，我们的祖师爷就构想出了虚继承的方法。在继承时候新添加一个关键字virtual：

class Student : virtual public Person
{};
class Teacher : virtual public Person
{};

下面我们就来将一下虚拟继承是如何解决这个问题的。 

虚拟继承解决数据冗余和二义性的原理

首先我们简单地定义了这样的情况，方便我们理解：

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 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;
}

在我们并没有添加virtual之前，内存情况是这样的：

在添加虚拟继承之后我们可以发现内存情况发送了改变：

可以发现数据_a放在了最末端的位置，在继承的B类与C类中出现了一些不同的数字，这里再打开两个内存监视窗口输入这些数字，会发现出现了这样的内容。

上图中的两个数分别是16进制的14和0c，然后当我们把B类的起始地址0X0037FB0C加上上图中的数值14就会得到0X0037FB20，这个地址正是数据_a的地址，同样将C类的起始地址加上0C，也可以得到_a的地址。

这样就可以通过偏移量来找到这个共有的数据，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。

可以发现B类与C类中的指针指向的是两个空值，这个数值是为了之后的多态内容做准备的。

再次查看只有B这个类的情况，会发现结果是与上面一样的：

B b;
b._a = 10;
b._b = 20;

还有就是加入我们定义了足够多的D对象，这些实例化出的对象都是使用的同一张表，这样就节省了空间。

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。否则在复杂度及性能上都有问题。

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 _colour = "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 _colour = "白色"; // 颜色
	string _num = "陕ABIT00"; // 车牌号
	Tire _t; // 轮胎
};