虚继承入门

这次失业之后，突然发现现在工作好像真的不是很好找，没办法，主动权不在自己手里，静下心来想想就当通过笔试来给自己查漏补缺吧，昨天笔试遇到一个虚拟继承的概念，这不虽说2分的题，但是这个玩意有大内容，我学习了下，也就先整个入门出来吧：



为什么要引入虚拟继承？

虚拟继承在一般的应用中很少用到，所以也往往被忽视，这也主要是因为在C++中，多重继承是不推荐的，也并不常用，而一旦离开了多重继承，虚拟继承就完全失去了存在的必要（因为这样只会降低效率和占用更多的空间，关于这一点，我自己还没有太多深刻的理解，有兴趣的可以看网络上白杨的作品《RTTI、虚函数和虚基类的开销分析及使用指导》，说实话我目前还没看得很明白，高人可以指点下我）。

以下面的一个例子为例：

#include <iostream.h>

#include <memory.h>

class CA

{

    int k; //如果基类没有数据成员，则在这里多重继承编译不会出现二义性

public:

    void f() {cout << "CA::f" << endl;}

};



class CB : public CA

{

};



class CC : public CA

{

};



class CD : public CB, public CC

{

};



void main()

{

    CD d;

    d.f();

}

当编译上述代码时，我们会收到如下的错误提示：

error C2385: 'CD::f' is ambiguous

即编译器无法确定你在d.f()中要调用的函数f到底是哪一个。这里可能会让人觉得有些奇怪，命名只定义了一个CA::f，既然大家都派生自CA，那自然就是调用的CA::f，为什么还无法确定呢？

这是因为编译器在进行编译的时候，需要确定子类的函数定义，如CA::f是确定的，那么在编译CB、CC时还需要在编译器的语法树中生成CB::f，CC::f等标识，那么，在编译CD的时候，由于CB、CC都有一个函数f，此时，编译器将试图生成这两个CD::f标识，显然这时就要报错了。（当我们不使用CD::f的时候，以上标识都不会生成，所以，如果去掉d.f()一句，程序将顺利通过编译）



要解决这个问题，有两个方法：

1、重载函数f()：此时由于我们明确定义了CD::f，编译器检查到CD::f()调用时就无需再像上面一样去逐级生成CD::f标识了；

此时CD的元素结构如下：

|CB(CA)|

|CC(CA)|

故此时的sizeof(CD) = 8;（CB、CC各有一个元素k）

2、使用虚拟继承：虚拟继承又称作共享继承，这种共享其实也是编译期间实现的，当使用虚拟继承时，上面的程序将变成下面的形式：

#include <iostream.h>

#include <memory.h>

class CA

{

    int k;

public:

    void f() {cout << "CA::f" << endl;}

};



class CB : virtual public CA  //也有一种写法是class CB : public virtual CA

{                       //实际上这两种方法都可以

};



class CC : virtual public CA

{

};



class CD : public CB, public CC

{

};



void main()

{

    CD d;

    d.f();

}

此时，当编译器确定d.f()调用的具体含义时，将生成如下的CD结构：

|CB|

|CC|

|CA|

同时，在CB、CC中都分别包含了一个指向CA的虚基类指针列表vbptr（virtual base table pointer），其中记录的是从CB、CC的元素到CA的元素之间的偏移量。此时，不会生成各子类的函数f标识，除非子类重载了该函数，从而达到“共享”的目的（这里的具体内存布局，可以参看钻石型继承内存布局，在白杨的那篇文章中也有）。

也正因此，此时的sizeof(CD) = 12（两个vbptr + sizoef(int)）;



另注：

如果CB，CC中各定义一个int型变量，则sizeof(CD)就变成20(两个vbptr + 3个sizoef(int)

如果CA中添加一个virtual void f1(){}，sizeof(CD) = 16（两个vbptr + sizoef(int)+vptr）;

再添加virtual void f2(){}，sizeof(CD) = 16不变。原因如下所示：带有虚函数的类，其内存布局上包含一个指向虚函数列表的指针（vptr），这跟有几个虚函数无关。

以上内容涉及到类对象内存布局问题，本人还难以做过多展开，先贴这么多，本篇文章只是考虑对于虚拟继承进行入门，至于效率、应用等未作展开。本文在网上文章基础上修改了下而得此篇，原文载于http://blog.csdn.net/billdavid/archive/2004/06/23/24317.aspx

另外关于虚继承和虚基类的讨论，博客园有篇文章《虚继承与虚基类的本质》，总结得更为详细一点。