菱形繼承和虛繼承本身就是一個(gè)"bug"，甚至在C++程序員當(dāng)中有"誰(shuí)用誰(shuí)尚阿比"的說(shuō)法。至于為什么要談菱形繼承和虛繼承，那就是因?yàn)槊嬖嚬僖獑?wèn)。

1.什么是菱形繼承和虛繼承

C++作為"第一個(gè)吃螃蟹的人"，勇敢地設(shè)計(jì)出了多繼承的語(yǔ)法，多繼承出現(xiàn)之后，由于一些頂尖程序員的腦洞非常大，就發(fā)現(xiàn)了菱形繼承所帶來(lái)數(shù)據(jù)冗余和二義性的問(wèn)題，C++標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)為了解決這個(gè)問(wèn)題，就設(shè)計(jì)出了虛繼承。從此之后，后面"抄作業(yè)的人"就沒(méi)有多繼承的語(yǔ)法，例如java。

2.菱形繼承所帶來(lái)的問(wèn)題

先理解一段簡(jiǎn)單的代碼：

/*B、C繼承自A---D繼承自B、C
 *從而構(gòu)成菱形繼承*/
class A
{
public:
        int _a;
};
class B : public A
{
public:
        int _b;
};
class C : public A
{
public:
        int _c;
};
class D : public B, public C
{
public:
        int _d;
};
int main()
{
        D d;
        //d._a = 3; // 報(bào)錯(cuò)，_a不明確
        d.B::_a = 3;
        d.C::_a = 8;
        return 0;
}

這段代碼的調(diào)試結(jié)果為：

這就很好解釋了二義性的問(wèn)題，因?yàn)樵贒類(lèi)對(duì)象當(dāng)中存在了兩份A類(lèi)對(duì)象，所以要訪問(wèn)D類(lèi)對(duì)象中的A類(lèi)對(duì)象時(shí)必須指明訪問(wèn)，否則就會(huì)觸發(fā)二義性。如果在某些應(yīng)用場(chǎng)景中，兩份A類(lèi)對(duì)象確實(shí)是多余的，那么就又觸發(fā)了數(shù)據(jù)冗余問(wèn)題。所以菱形繼承存在數(shù)據(jù)冗余和二義性的問(wèn)題。下面給出這段程序的繼承關(guān)系示意圖和D類(lèi)對(duì)象模型示意圖：

3.虛繼承的解決方案

在介紹如何解決菱形繼承的問(wèn)題之前，先理解一段簡(jiǎn)單的虛擬單繼承的代碼：

class A
{
public:
        int _a = 1;
};
class B : virtual public A // virtual為虛繼承關(guān)鍵字
{
public:
        int _b = 2;
};
int main()
{
        B b;
        return 0;
}

調(diào)試-內(nèi)存窗口截圖如下：

如上圖所示，B類(lèi)對(duì)象中的A類(lèi)對(duì)象不再存儲(chǔ)成員變量，而是存儲(chǔ)一個(gè)未知值，這個(gè)位置本應(yīng)該存儲(chǔ)A類(lèi)對(duì)象的成員變量，但是A類(lèi)的成員變量卻跑到了B類(lèi)對(duì)象的最后。如此類(lèi)推，如果再有一個(gè)C類(lèi)虛繼承自A類(lèi)，那么C類(lèi)對(duì)象模型也應(yīng)該像上圖一樣。

解決菱形繼承的方案就是在繼承體系的"腰部"使用虛繼承，以下面這段代碼為例：

class A
{
public:
    int _a = 1;
};
class B : virtual public A
{
public:
    int _b = 2;
};
class C : virtual public A
{
public:
    int _c = 3;
};
class D : public B, public C
{
public:
    int _d = 4;
};
int main()
{
    D d;
    /*都不報(bào)錯(cuò)了，他們操作的都是同一個(gè)_a*/
    d._a = 1;
    d.B::_a = 3;
    d.C::_a = 8;
    return 0;
}

最終調(diào)試的結(jié)果如下：

不要被監(jiān)視窗口所誤導(dǎo)，上圖三個(gè)紅色箭頭所指向的_a實(shí)際上是同一個(gè)_a，也就是說(shuō)D類(lèi)對(duì)象的模型當(dāng)中只存在一份A類(lèi)對(duì)象了。

通過(guò)內(nèi)存窗口觀察D類(lèi)對(duì)象的模型：

與之前介紹的一樣，B類(lèi)對(duì)象和C類(lèi)對(duì)象當(dāng)中本該存儲(chǔ)A類(lèi)對(duì)象的位置存儲(chǔ)了一個(gè)隨機(jī)值。實(shí)際上這個(gè)隨機(jī)值是一個(gè)指針，它指向了虛基表。

3.1虛基表

對(duì)于上面的圖片，介紹了所謂的"隨機(jī)值"是指針，指向了一個(gè)名為虛基表的東西，那么再另起一個(gè)內(nèi)存窗口，觀察虛基表的構(gòu)成：

由此可見(jiàn)，虛基表存儲(chǔ)的有效內(nèi)容為偏移量，具體的來(lái)說(shuō)，當(dāng)某一指針或引用指向D類(lèi)對(duì)象時(shí)，需要訪問(wèn)_a時(shí)，就需要通過(guò)虛基表當(dāng)中的偏移量來(lái)確定訪問(wèn)目標(biāo)的位置。雖然虛基表的存在增加了幾次指針的運(yùn)算，但是試想以下，如果A類(lèi)對(duì)象足夠大，在菱形繼承體系中不使用虛繼承，那么最終的D類(lèi)對(duì)象就會(huì)有兩份A類(lèi)對(duì)象，并且A類(lèi)對(duì)象是一個(gè)巨大的對(duì)象，那么如果使用了虛繼承，就能將兩份A類(lèi)對(duì)象壓縮成一份A類(lèi)對(duì)象。

所以使用虛繼承，能夠解決菱形繼承帶來(lái)的數(shù)據(jù)冗余和二義性問(wèn)題。最后以一張圖描述D類(lèi)對(duì)象的模型：

4.繼承與組合

組合的類(lèi)設(shè)計(jì)方式是這樣的：

class A
{
public:
        int _a;
};
class B
{
public:
        A a;
};

可以明顯看出與繼承的差別：組合的耦合度更低，繼承的耦合度更高。實(shí)際上在真實(shí)的設(shè)計(jì)環(huán)境當(dāng)中是很忌諱高耦合的，但是某些場(chǎng)景當(dāng)中卻不得不這么做。

繼承是一種is-a的關(guān)系，例如下面這個(gè)例子：

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

這個(gè)例子所表達(dá)的意思就是Student是Person，即學(xué)生是人。

組合是一種has-a的關(guān)系，例如最開(kāi)頭的那段代碼，表達(dá)的意思就是B類(lèi)對(duì)象當(dāng)中有一個(gè)A類(lèi)對(duì)象。

針對(duì)不同的場(chǎng)景使用不同的復(fù)用手段，當(dāng)條件只允許使用is-a的關(guān)系時(shí)就使用繼承；只允許使用has-a的關(guān)系時(shí)就使用組合；當(dāng)既可以使用繼承又可以使用組合的關(guān)系時(shí)使用組合。

為什么要盡量使用組合關(guān)系？

因?yàn)閷?duì)于繼承來(lái)說(shuō)，它相當(dāng)于一種白箱復(fù)用，即箱子里面的內(nèi)容能夠清清楚楚的看到；對(duì)于組合來(lái)說(shuō)，它相當(dāng)于一種黑箱復(fù)用，即箱子里面的內(nèi)容大多是不可見(jiàn)的，能夠看見(jiàn)的也僅僅是一部分(例如設(shè)計(jì)類(lèi)時(shí)提供給外部的成員函數(shù))。對(duì)于繼承來(lái)說(shuō)，如果基類(lèi)的非private成員發(fā)生了變動(dòng)，由于耦合度高的原因，派生類(lèi)也將會(huì)受到影響；對(duì)于組合來(lái)說(shuō)，被包含的對(duì)象只有public成員發(fā)生變動(dòng)時(shí)，才有可能影響到包含該對(duì)象的對(duì)象。

到此這篇關(guān)于C++菱形繼承和虛繼承的實(shí)現(xiàn)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++菱形繼承和虛繼承內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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