C++中的菱形继承问题详解

目录

一、多重继承或多继承

二、菱形继承（二义性和数据冗余问题）

三、菱形虚拟继承

1.虚继承中派生类对象构造过程

2.菱形虚拟继承对象的内存分布

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一、多重继承或多继承

由多个基类共同派生出新的类，这样的继承结构被称为多重继承或多继承。举个例子：

#include
using namespace std;
class fuelEngine //燃油引擎
{
private:
	int cylindenum;//汽缸数
public:
	fuelEngine(int c = 4):cylindenum(c){}
	~fuelEngine(){}
	void start(){}
};

class electricEngine//电动引擎
{
private:
	float power;
public:
	electricEngine(float p=60):power(p){}
	~electricEngine(){}
	void Start(){}
};

class Hybirdcar:public fuelEngine,public electricEngine//混动汽车
{
public:
	Hybirdcar(int c,int p):fuelEngine(c),electricEngine(p){}
	~Hybirdcar(){}
};

混动汽车类是由电动引擎类和燃油引擎类共同派生出来的派生类，这种继承结构就为多继承。

二、菱形继承（二义性和数据冗余问题）

在多继承结构中，存在着很多问题，比如从不同基类中继承了同名成员，派生类中也定义了同名成员，这种二义性问题很好解决，加上要访问的基类的类名限制就可以了，例：

#include
using namespace std;
class Base1
{
  public:
    int var;
    void fun()
    {
        cout<<"Member of Base1"<Base2::var=3;
    p->Base2::fun();
    
    return 0;
}

而在多继承中还存在一种特殊情况——菱形继承。我们还是用一段代码来举例说明菱形继承：

#include
using namespace std;
class Person
{
private:
	int _idPerson;
public:
	Person(int id) :_idPerson(id) { cout << "Create Person" << endl; }
	~Person(){}
};

class Student:public Person//学生
{
private:
	int _snum;
public:
	Student(int id,int s):Person(id),_snum(s){}
	~Student(){}
};

class Employee:public Person//职工
{
private:
	int _enum;
public:
	Employee(int id,int e):Person(id),_enum(e){}
	~Employee(){}
};

class GStudent:public Student//研究生
{
private:
	int _gsnum;
public:
	GStudent(int g,int s,int id):Student(s,id),_gsnum(g){}
	~GStudent(){}
};

class EGStudent :public GStudent,public Employee//在职研究生
{
private:
	int _egsnum;
public:
	EGStudent(int es,int s,int g,int e,int sid,int eid)
		:GStudent(s,g,sid),Employee(e,eid),_egsnum(es){}
	~EGStudent(){}
};
int main()
{
	EGStudent egs(1,2,3,4,5,6);
	return 0;
}

代码中设计了Person类，由Person类派生出学生Student类和职工Employee类，Student类又向下派生出研究生GStudent类，再由GStudent类和Employee类共同派生出在职研究生EGStudent类，根据此段代码的继承关系可画出示意图 ：

不难发现，在菱形继承中也存在二义性，并且出现数据冗余浪费了内存空间，由基类Person的_idPerson身份证号有两条路径继承到EGStudent类中，两个身份证号在逻辑上是相同的，但在物理上被分配了不同的内存空间，是两个变量。示例中对象egs的内存分布图如下：

那如何解决这种数据冗余和二义性问题呢？——虚继承

在C++中可以把共同基类设置为虚基类，这样从不同路径继承来的同名数据成员在内存中只有一份，虚基类定义方式：class 派生类名：virtual 访问限定符 基类类名｛...}；或 class 派生类名：访问限定符 virtual 基类类名｛...}；（virtual关键字只对紧随其后的基类名起作用）

在上述示例代码中，两个身份证号显然是不合理的，所以我们可以把class Person 设置成虚基类，即class Student : virtual public Person {...}; 和 class Employee : virtual public Person {...}; 

菱形继承就变成了菱形虚拟继承。修改后代码如下：

#include
using namespace std;
class Person
{
private:
	int _idPerson;
public:
	Person(int id) :_idPerson(id) { cout << "Create Person" << endl; }
	~Person(){}
};

class Student:public virtual Person//学生
{
private:
	int _snum;
public:
	Student(int id,int s):Person(id),_snum(s){}
	~Student(){}
};

class Employee:public virtual Person//职工
{
private:
	int _enum;
public:
	Employee(int id,int e):Person(id),_enum(e){}
	~Employee(){}
};

class GStudent:public Student//研究生
{
private:
	int _gsnum;
public:
	GStudent(int g,int s,int id):Student(s,id),Person(id),_gsnum(g){}
	~GStudent(){}
};

class EGStudent :public GStudent,public Employee
{
private:
	int _egsnum;
public:
	EGStudent(int es,int s,int g,int e,int id)
		:GStudent(s,g,id),Employee(e,id),_egsnum(es),Person(id){}
	~EGStudent(){}
};
int main()
{
	EGStudent egs(1, 2, 3, 4, 5);
	Person* p = ⪖
	return 0;
}

三、菱形虚拟继承

1.虚继承中派生类对象构造过程

在派生类对象的创建过程中，首先是虚基类的构造函数按声明的顺序进行构造，第二批是非虚基构造函数按声明顺序构造，第三批是成员对象的构造函数，最后是派生类自己的构造函数。

2.菱形虚拟继承对象的内存分布

 其实是通过两个指针（虚基表指针）指向了一张虚基表，虚基表中存的是偏移量，通过偏移量可以找到_idPerson的位置

有了多继承，就有菱形继承，有了菱形继承就有了菱形虚拟继承，底层实现很复杂，一般不建议设计出多继承，否则在复杂度和性能上可能都会出现问题。