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詳解C++中的菱形繼承問題

更新時間：2023年08月08日 10:54:07 作者：悲傷的魚香肉絲er

這篇文章主要介紹了詳解C++中的菱形繼承問題,在多繼承結(jié)構(gòu)中，存在著很多問題，比如從不同基類中繼承了同名成員，派生類中也定義了同名成員，這種二義性問題很好解決，加上要訪問的基類的類名限制就可以了,需要的朋友可以參考下

一、多重繼承或多繼承

由多個基類共同派生出新的類，這樣的繼承結(jié)構(gòu)被稱為多重繼承或多繼承。舉個例子：

#include<iostream>
using namespace std;
class fuelEngine //燃油引擎
{
private:
	int cylindenum;//汽缸數(shù)
public:
	fuelEngine(int c = 4):cylindenum(c){}
	~fuelEngine(){}
	void start(){}
};
class electricEngine//電動引擎
{
private:
	float power;
public:
	electricEngine(float p=60):power(p){}
	~electricEngine(){}
	void Start(){}
};
class Hybirdcar:public fuelEngine,public electricEngine//混動汽車
{
public:
	Hybirdcar(int c,int p):fuelEngine(c),electricEngine(p){}
	~Hybirdcar(){}
};

混動汽車類是由電動引擎類和燃油引擎類共同派生出來的派生類，這種繼承結(jié)構(gòu)就為多繼承。

二、菱形繼承（二義性和數(shù)據(jù)冗余問題）

在多繼承結(jié)構(gòu)中，存在著很多問題，比如從不同基類中繼承了同名成員，派生類中也定義了同名成員，這種二義性問題很好解決，加上要訪問的基類的類名限制就可以了，例：

#include<iostream>
using namespace std;
class Base1
{
  public:
    int var;
    void fun()
    {
        cout<<"Member of Base1"<<endl;
    }
};
class Base2
{
  public:
    int var;
    void fun()
    {
        cout<<"Member of Base2"<<endl;
    }
};
class Derived:public Base1,public Base2
{
  public:
    int var;
    void fun(){cout<<"Member of Derived"<<endl;}
};
int main()
{
    Derived d;
    Derived *p = &d;
    //訪問Derived類成員
    d.var =1;
    d.fun();
    //訪問Base1基類成員
    d.Base1::var=2;
    d.Base1::fun();
    //訪問Base2基類成員
    p->Base2::var=3;
    p->Base2::fun();
    return 0;
}

而在多繼承中還存在一種特殊情況——菱形繼承。我們還是用一段代碼來舉例說明菱形繼承：

#include<iostream>
using namespace std;
class Person
{
private:
	int _idPerson;
public:
	Person(int id) :_idPerson(id) { cout << "Create Person" << endl; }
	~Person(){}
};
class Student:public Person//學(xué)生
{
private:
	int _snum;
public:
	Student(int id,int s):Person(id),_snum(s){}
	~Student(){}
};
class Employee:public Person//職工
{
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//在職研究生
{
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;
}

代碼中設(shè)計了Person類，由Person類派生出學(xué)生Student類和職工Employee類，Student類又向下派生出研究生GStudent類，再由GStudent類和Employee類共同派生出在職研究生EGStudent類，根據(jù)此段代碼的繼承關(guān)系可畫出示意圖：

不難發(fā)現(xiàn)，在菱形繼承中也存在二義性，并且出現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余浪費了內(nèi)存空間，由基類Person的_idPerson身份證號有兩條路徑繼承到EGStudent類中，兩個身份證號在邏輯上是相同的，但在物理上被分配了不同的內(nèi)存空間，是兩個變量。

示例中對象egs的內(nèi)存分布圖如下：

那如何解決這種數(shù)據(jù)冗余和二義性問題呢？——虛繼承

在C++中可以把共同基類設(shè)置為虛基類，這樣從不同路徑繼承來的同名數(shù)據(jù)成員在內(nèi)存中只有一份，虛基類定義方式：class 派生類名：virtual 訪問限定符基類類名｛...}；或 class 派生類名：訪問限定符 virtual 基類類名｛...}；（virtual關(guān)鍵字只對緊隨其后的基類名起作用）

在上述示例代碼中，兩個身份證號顯然是不合理的，所以我們可以把class Person 設(shè)置成虛基類，即class Student : virtual public Person {...}; 和 class Employee : virtual public Person {...};

菱形繼承就變成了菱形虛擬繼承。修改后代碼如下：

#include<iostream>
using namespace std;
class Person
{
private:
	int _idPerson;
public:
	Person(int id) :_idPerson(id) { cout << "Create Person" << endl; }
	~Person(){}
};
class Student:public virtual Person//學(xué)生
{
private:
	int _snum;
public:
	Student(int id,int s):Person(id),_snum(s){}
	~Student(){}
};
class Employee:public virtual Person//職工
{
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 = &egs;
	return 0;
}