菱形继承

1.单继承1.概念

2.多继承2.1概念2.2菱形继承1.概念2.问题3.样例理解二义性数据冗余对于内存模型抽象化

2.3菱形虚拟继承（解决菱形继承的问题）1.概念2.样例理解对于内存模型抽象化

2.4总结

3.问题总结1.C++有多继承，为什么？为什么Java没有？2.多继承的问题是什么？3.菱形继承的问题是什么，如何解决？4.底层角度如何解决菱形继承的问题（数据冗余和二义性）？

1.单继承

1.概念

单继承：一个子类只有一个直接父类时称这个继承关系为单继承。

图示：

2.多继承

2.1概念

多继承：一个子类有两个或以上直接父类时称这个继承关系为多继承。

图示：

2.2菱形继承

1.概念

菱形继承：菱形继承是多继承的一种特殊情况。即：一个类是另外几个类的子类，而这几个子类又是另外一个类的父类。

基本模型：

2.问题

但是呢，菱形继承却有一些问题：它会造成数据的冗余以及数据的二义性。比如下面，在Assistant的对象中Person成员会有两份。

3.样例理解

注：以下在VS2022 X64环境下验证。

<code>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.B::_a = 1;

d.C::_a = 2;

d._b = 3;

d._c = 4;

d._d = 5;

return 0;

}

二义性

如果我们直接访问d中的_a，编译器不知道要访问继承B的 _a还是继承C的 _a，会有歧义。

数据冗余

首先观察调试窗口：我们可以看到创建的d变量的地址。

然后通过内存窗口，我们可以看到d中存储了2个_a，相同的部分就会重复存储。

对于内存模型抽象化

2.3菱形虚拟继承（解决菱形继承的问题）

1.概念

菱形虚拟继承就是在菱形继承的腰部继承时（即父类第一次有多个子类时）加上关键字virtual即可。

2.样例理解

其他部分不变，我们对于上述代码进行菱形虚拟继承，并且加上一句直接访问的代码(d._a = 100)，再次进行测试。

<code>class A

{

public:

int _a;

};

class B : virtual public A

{

public:

int _b;

};

class C : virtual public A

{

public:

int _c;

};

class D : public B, public C

{

public:

int _d;

};

int main()

{

D d;

d.B::_a = 1;

d.C::_a = 2;

d._a = 100; //新增的一句代码

d._b = 3;

d._c = 4;

d._d = 5;

return 0;

}

首先观察调试窗口：我们可以看到创建的d变量的地址。

此时再让代码执行d.B::_a = 1这句，通过内存窗口可以看到其变化，但是和菱形继承的变化位置不同。

再让代码执行d.C::_a = 2这句，通过内存窗口可以看到其是直接在原来的位置处改变的，只有一份 _a。

再让代码执行d._a = 100这句，内存窗口变化如下：

再执行d._b = 3这条语句。

再执行d._c = 4这条语句。

再执行d._d = 5这条语句。

有个疑问，此处圈住的部分是什么呢？它看起来像一个地址（X64环境下），那么其是存储什么的呢？

解释一下，其确实为两个指针，指向的一张表。这两个指针叫虚基表指针，这两个表叫虚基表。虚基表中存的偏移量。通过偏移量可以找到下面的A。

通过内存窗口可以观察出：继承的B中存储了十六进制下的28，即十进制下的40。对比下图，和偏移量相等。

对于内存模型抽象化

2.4总结

1.通过虚拟继承，D类对象中只有一个A类的_a，从而解决了数据冗余和二义性。

2.菱形虚拟继承的对象模型：

每个继承对象中存储一个虚基表，虚基类（即上例中的A）放在最下面，成为公共部分。

3.存储的地址的作用

其为虚基表指针，指向虚基表，虚基表中存储偏移量，可以找到下面存储的A。从而方便切片的场景。

4.菱形虚拟继承也会改变中间类的结构，让它们的结构和D的结构类似。

这样是为了防止以下的场景：

<code>D d;

B b;

B& ref = d;

ref = b;

如果不存储成类似的结构，那么找到B类存储的_a就比较困难。

3.问题总结

1.C++有多继承，为什么？为什么Java没有？

这个得从C++历史发展来看，在C++发展史中，在完善面向对象的过程中，祖师爷考虑到了现实生活中确实有一部分东西可以继承多个类，比如西红柿既是水果，又是蔬菜，因此C++有了多继承。而Java在这方面通过C++的痛苦因此做出了 改变，只允许单继承。

2.多继承的问题是什么？

多继承本身没有问题，但是有多继承就会有菱形继承，而菱形继承就有许多问题。

3.菱形继承的问题是什么，如何解决？

数据冗余以及二义性。通过菱形虚拟继承解决。

4.底层角度如何解决菱形继承的问题（数据冗余和二义性）？

菱形虚拟继承在底层改变了数据的存储结构，将虚基类存储在了最下面，作为公共部分，让多继承而来的父类的数据共享，共用一份，而在继承的那部分中则存储了虚表指针，指向虚基表，从而得到其中存储的偏移量，进而可以实现切片时数据的完整性。