一文讀懂C++中的繼承之菱形繼承(案例分析)

前言

我們上一篇說瞭世間萬物都有一個繼承體制,或多或少子類繼承瞭父類的某些特征,但大多都是單向繼承,但是就有些特例他就是多繼承,比如:

我們從圖片中就可以看到,兩棲動物它既繼承瞭水生動物的一部分特性,也繼承瞭陸地動物的一些特性,那麼我們的代碼,會不會也會有這種多繼承現象呢,我們一起來看一下。

提示:以下是本篇文章正文內容,下面案例可供參考

一、什麼是多繼承?

1.單繼承

  我們來看一個圖先瞭解一下單繼承,再看有什莫區別

也就是說,一個子類隻有一個直接父類時稱這個繼承關系為單繼承

2.多繼承

我們把 一個子類有兩個或以上直接父類時稱這個繼承關系為多繼承

我們看一下代碼,看看多繼承中存在哪些問題。

//基類A
class A 
{
public:
  A() :m_data(1)
  {
  }
  ~A(){}
 
public:
  int m_data;   //同名變量
  
};
//基類B
class B
{
public:
  B() :m_data(1)
  {
  }
  ~B(){}
 
public:
  int m_data;   //同名變量
  
};
 
class C : public A, public B
{
 
};
 
int main()
{
  C Data;
  //Data.m_data = 10;  //錯誤, 提示指向不明確 不能夠分辨m_data到底是誰的
  //隻有通過域成員運算符給其明確指出才可以訪問,
  Data.A::m_data = 5; 
  Data.B::m_data =10;
  
  std::cout << Data.A::m_data << "  " << Data.B::m_data << std::endl;
 
  return 0;
}

通過上面的代碼我們明顯看的出,多繼承體系中存在二義性問題。指如果有同名的數據成員 那麼就無法直接通過變量名進行讀取,需要通過域(::)成員運算符進行區分

就好像一個人說 去給老師送個東西去,那麼多老師,你無法確定他所指的是哪一個老師,必須指名道姓,我們才可以區分。一個道理

二、菱形繼承

我們先來畫張圖,理解一下什麼叫做菱形繼承

我們把這種繼承類型叫做菱形繼承。

那麼這種繼承體制,又會出現什麼樣的問題呢?我們通過下面的代碼具體看一下。

// 菱形繼承 菱形繼承是多繼承的一種特殊情況。
//菱形繼承的問題:從下面的對象成員模型構造,可以看出菱形繼承有數據冗餘和二義性的問題。
 
 
class A
{
public:
	int m_a = 1;
};
class B :public A
{
public:
	int m_b = 2;
};
class C :public A
{
public:
	int m_c = 3;
};
class D :public B, public C
{
public:
	int m_d = 4;
};
void main()
{
	D d;
	d.m_d = 40;
	d.m_c = 30;
	d.m_b = 20;
	//.m_a = 10;// 二義性
	// 不能夠訪問 因為B 和C分別繼承瞭A的m_a
	//但是D 繼承瞭B和C的m_a 所以D不能夠分辨m_a到底是誰的
	d.B::m_a = 100;
	d.C::m_a = 200;
	// 這樣的話 就造成瞭m_a 有兩個空間 一個B的100 一個C的200
}

我們根據上面的情況不難看出,菱形繼承中也存在數據的二義性,這裡的二義性是由於他們間接都有相同的基類導致的。 這種菱形繼承除瞭帶來二義性之外,還會有有數據冗餘浪費內存空間

何為空間浪費,數據冗餘,我們畫圖展示一下。

那麼該怎樣解決這種問題,

1.虛基類的引入

C++中引入瞭虛基類,其作用是 在間接繼承共同基類時隻保留一份基類成員。

我麼看一下代碼

class A
{
public:
	int m_a = 1;
};
class B :virtual public A
{
public:
	int m_b = 2;
};
class C :virtual public A
{
public:
	int m_c = 3;
};
class D :public B, public C
{
public:
	int m_d = 4;
};
void main()
{
	D d;
	d.m_d = 40;
	d.m_c = 30;
	d.m_b = 20;
	d.m_a = 100;// 讓B C虛擬繼承 A 加關鍵字virtual
}

我們可以看到很好解決瞭二義性和數據冗餘的問題,那麼它是具體怎麼來做的,

2.虛基表的引入

這裡是通過瞭B和C的兩個指針,指向的一張表。這兩個指針叫虛基表指針,這兩個表叫虛基表。虛基表中存的偏移量。通過偏移量可以找到瞭A。

具體我們畫一張圖

這裡的B  C就像兩個人分別在兩個不同的地方,但是都要去A這個地方,保存瞭A的地址,那麼就可以用地圖去導航,但是因為兩個人所在的地方不一樣,所以到A的距離肯定也會不一樣,也就是A的偏移量肯定會不一樣(這樣說會比較好理解一點)。

總結

很多人說C++語法復雜,其實多繼承就是一個體現。有瞭多繼承,就存在菱形繼承,有瞭菱形繼承就有 菱形虛擬繼承,底層實現就很復雜。所以一般不建議設計出多繼承,一定不要設計出菱形繼承。否則在復雜度上就有問題並且菱形繼承虛繼承也帶來瞭性能上的損耗(因為多開瞭地址來存放偏移量)。

到此這篇關於C++中的繼承之菱形繼承的文章就介紹到這瞭,更多相關C++繼承之菱形繼承內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet!