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C++中的繼承之菱形繼承 【超詳細 圖文+代碼】

2021-04-02 09:11:10 軟體設計

  • 前言
  • 一、什么是多繼承
  • 二、菱形繼承
    • 1.引入虛基類
    • 2.引入虛基表
  • 總結


前言

我們上一篇說了世間萬物都有一個繼承體制,或多或少子類繼承了父類的某些特征,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,兩棲動物它既繼承了水生動物的一部分特性,也繼承了陸地動物的一些特性,那么我們的代碼,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、什么是多繼承?

1.單繼承

我們來看一個圖先了解一下單繼承,再看有什莫區別

也就是說,一個子類只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;      //同名變數
   
};
//基類B
class B
{
public:
    B() :m_data(1)
    {
    }
    ~B(){}

public:
    int m_data;      //同名變數
    
};

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
   //只有通過域成員運算子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資料成員 那么就無法直接通過變數名進行讀取,需要通過域(::)成員運算子進行區分

就好像一個人說 去給老師送個東西去,那么多老師,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,理解一下什么叫做菱形繼承

我們把這種繼承型別叫做菱形繼承,

那么這種繼承體制,又會出現什么樣的問題呢?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:從下面的物件成員模型構造,可以看出菱形繼承有資料冗余和二義性的問題,


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分別繼承了A的m_a
	//但是D 繼承了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 就造成了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,菱形繼承中也存在資料的二義性,這里的二義性是由于他們間接都有相同的基類導致的, 這種菱形繼承除了帶來二義性之外,還會有有資料冗余浪費記憶體空間

何為空間浪費,資料冗余,我們畫圖展示一下,

那么該怎樣解決這種問題,

1.虛基類的引入

C++中引入了虛基類,其作用是 在間接繼承共同基類時只保留一份基類成員,

我么看一下代碼

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了二義性和資料冗余的問題,那么它是具體怎么來做的,

2.虛基表的引入

這里是通過了B和C的兩個指標,指向的一張表,這兩個指標叫虛基表指標,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了A,

具體我們畫一張圖

這里的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,保存了A的地址,那么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,有了多繼承,就存在菱形繼承,有了菱形繼承就有 菱形虛擬繼承,底層實作就很復雜,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并且菱形繼承虛繼承也帶來了性能上的損耗(因為多開了地址來存放偏移量)

感謝您的閱讀,如有錯誤歡迎指正,

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