C++多态之带有虚函数的菱形继承与菱形虚拟继承

谁践踏了优雅 2022-05-25 01:20 249阅读 0赞

**一、菱形继承**

那就先从菱形继承开始复习

![20180506182254693][]

如下代码：

#include<iostream>  
    using namespace std;
    
    class A
    {
    public:
    	int _a;
    };
    
    class B : public A
    {
    public:
    	int _b;
    };
    
    class C : public A
    {
    public:
    	int _c;
    };
    
    class D : public C, public B
    {
    public:
    	int _d;
    };
    
    int main()
    {
    	D dd;
    	cout << sizeof(dd) << endl;
    
    	dd.B::_a = 1;
    	dd._b = 3;
    
    	dd.C::_a = 2;
    	dd._c = 4;
    
    	dd._d = 5;
    	B bb;
    	C cc;
    	cout << sizeof(bb) << endl;
    
    	system("pause");
    	return 0;
    }

![20180506182907320][]

B、C中的\_a都是来自于A，其实两个\_a是同一个，但是因为B、C各自继承，产生了两份，造成了数据冗余。由于D继承于B、C，B、C继承于A，所以D中的\_a不知道是来自B还是来自C，于是产生了二义性。

**二、菱形虚拟继承**

解决上述问题的方法就是将B和C的继承变为虚继承，在子类继承父类时，在访问限定符前加上virtual就可以虚继承。代码如下：

#include<iostream>  
    using namespace std;  
      
    class A  
    {  
    public:  
        int _a;  
    };  
      
    class B :virtual public A  
    {  
    public:  
        int _b;  
    };  
      
    class C :virtual public A  
    {  
    public:  
        int _c;  
    };  
      
    class D : public C, public B  
    {  
    public:  
        int _d;  
    };  
      
    int main()  
    {  
        D dd;  
        cout << sizeof(dd) << endl;  
      
        dd._a = 1;  
        dd._b = 3;  
      
        dd._a = 2;  
        dd._c = 4;  
      
        dd._d = 5;  
        B bb;  
        C cc;  
        cout << sizeof(bb) << endl;  
      
        return 0;  
    }

![20180506183259157][]

可见加了virtual之后，\_a会单独存放，B和C共享\_a，于是解决了数据冗余与二义性。

**![20180506183342460][]**

从上图可以发现对象dd的内存布局与虚继承之前有很大的区别，首先cc对象和bb对象的内存空间中都分别多了一个存储着一个地址的空间，而把它们\_a变量放在了成员变量的最底下，使\_a成为一个公共的变量。显而易见，加了virtual之后的继承比普通继承的类多了4个字节，而在内存中看到在加了virtual的类中多了一个地址，请看以下分析：

分析一：

![2018050618351141][]

分析二：

![20180506183549185][]

由以上分析，发现虚表里的上面的地址存储的是寻找自己的虚表的偏移量

下面的地址存储的是寻找公共的基类的偏移量

C的虚基表里找公共基类的偏移量是20，B的虚基表里找公共基类的偏移量是12，从各自的虚基表往下数

各自的偏移量就可以找到公共的基类A。用一个公共的位置管理公共继承的基类，这样就解决了二义性。

**三、带有虚函数的菱形继承**

在类的成员函数前加上virtual关键字，则这个成员函数称为虚函数。先看看代码：

#include<iostream>  
    using namespace std;
    
    //定义一个可以指向对象里函数的函数指针  
    typedef void(*func)();
    
    //打印虚函数表  
    void PrintVtable(int* vtable)
    {
    	printf("vtable:0x%p\n",vtable);
    	
    	for (size_t i = 0; vtable[i] != 0; ++i)
    	{
    		printf("第%d个虚函数地址：0x%p,->", i, vtable[i]);
    		func f = (func)vtable[i];
    		f();
    	}
    	cout <<"======================================="<< endl;
    }
    
    class A
    {
    public:
    	int _a;
    
    	virtual void func1()
    	{
    		cout << "A::func1()" << endl;
    	}
    	virtual void func2()
    	{
    		cout << "A::func2()" << endl;
    	}
    };
    
    class B :public A
    {
    public:
    	int _b;
    	virtual void func1()
    	{
    		cout << "B::func1()" << endl;
    	}
    	virtual void func3()
    	{
    		cout << "B::func3()" << endl;
    	}
    };
    
    class C :public A
    {
    public:
    	int _c;
    
    	virtual void func1()
    	{
    		cout << "C::func1()" << endl;
    	}
    	virtual void func3()
    	{
    		cout << "C::func3()" << endl;
    	}
    };
    
    class D : public B,public C
    {
    public:
    	int _d;
    
    
    	virtual void func4()
    	{
    		cout << "D::func4()" << endl;
    	}
    };
    
    
    int main()
    {
    	D dd;
    
    	dd.B::_a = 1;
    	dd.C::_a = 2;
    	dd._b = 3;
    	dd._c = 4;
    	dd._d = 5;
    
    
    	//D类里继承B类的虚表   
    	
    	PrintVtable(*(int**)&dd);
    
    	system("pause");
    	return 0;
    }

当发生继承时，如果派生类重写了基类的虚函数，那么派生类的对象中会修改基类的虚表，虚表中的函数指针会指向派生类自己重写的函数，如果派生类没有重写基类的虚函数，那么派生类不会改变那个虚函数的指向只是把它继承下来。

**![20180506191841383][]**

**四、带有虚函数的菱形虚拟继承**

在菱形虚拟继承的基础上加上了虚函数，代码如下：

#include<iostream> 
    using namespace std; 
     
    //定义一个可以指向对象里函数的函数指针 
    typedef void(*func)(); 
     
    //打印虚函数表 
    void printvtable(int* vtable) 
    { 
     cout << "虚表地址>" << vtable << endl; 
     
     for (int i = 0; vtable[i] != 0; ++i) 
     { 
     printf("第%d个虚函数地址：0x%x,->", i, vtable[i]); 
     func f = (func)vtable[i]; 
     f(); 
     } 
     cout << endl; 
    } 
     
    class A 
    { 
    public: 
     int _a; 
     
     virtual void func1() 
     { 
     cout << "A::func1()" << endl; 
     } 
    }; 
     
    class B :virtual public A 
    { 
    public: 
     int _b; 
     virtual void func2() 
     { 
     cout << "B::func2()" << endl; 
     } 
     virtual void func1() 
     { 
     cout << "B::func1()" << endl; 
     } 
    }; 
     
    class C :virtual public A 
    { 
    public: 
     int _c; 
     
     virtual void func1() 
     { 
     cout << "C::func1()" << endl; 
     } 
    }; 
     
    class D : public C,public B 
    { 
    public: 
     int _d; 
     
     virtual void func1() 
     { 
     cout << "D::func1()" << endl; 
     } 
     virtual void func3() 
     { 
     cout << "D::func3()" << endl; 
     } 
    }; 
     
    int main() 
    { 
     D dd; 
     B bb; 
     C cc; 
     A aa; 
     
     cout << sizeof(dd) << endl; 
     
     dd._a = 1; 
     dd._b = 3; 
     
     dd._a = 2; 
     dd._c = 4; 
     
     dd._d = 5; 
     
     cout << sizeof(bb) << endl; 
     
     //D类里继承B类的虚表 
     cout << "D:bb:0x" << ⅆ 
     int* vtabledd = (int*)(*(int*)&dd); 
     printvtable(vtabledd); 
     
     //D类里继承C类的虚表 
     cout << "D:cc:0x" << ((int*)&dd + 3); 
     int* vtablecc = (int*)(*((int*)&dd + 3)); 
     printvtable(vtablecc); 
     
     
     //D类里继承A类的虚表 
     cout << "D:aa:0x" << ((int*)&dd + 6); 
     int* vtableaa = (int*)(*((int*)&dd +6)); 
     printvtable(vtableaa); 
     return 0; 
    }

虚表：虚函数表，存的是虚函数->多态。 虚基表：存的是偏移量，解决二义性和数据冗余性。

![20180506191008411][]

![Image 1][]当给bb对象里加了个fun2函数后发现dd的对象模型又多了四个字节，这四个字节是在dd对象中继承的bb的内存空间中多出来的，就是用来存放bb对象自己的虚表地址。

因为aa对象被两个对象所继承，所以aa的虚表被被公用，因此bb和cc对象的虚函数就不能放在他们公共的虚表里，只能创建自己的虚表，把自己的虚函数放在自己的虚表。

然后dd 对象里自己的虚函数（非继承来的）存在第一个继承来的对象的虚表里。

下面看看菱形继承dd对象里的虚函数都分别在什么地方存储的：

![20180506190633311][]![Image 1][]

![2018050619114776][]

1.dd对象继承重写aa对象的虚函数存储在继承来的aa对象的虚函数表里。

2.dd对象里自己的虚函数（非继承来的）存在第一个继承来的对象的虚表里。

3.因为aa对象被两个对象所继承，所以aa的虚表被被公用，因此bb和cc对象的虚函数就不能放在他们公共的虚表里，只能创建自己的虚表，把自己的虚函数放在自己的虚表。

**大致总结如下：**

**![20180506190733749][]**

[20180506182254693]: /images/20220525/85bb96aea8bc4b98a75898799f7a0d3d.png
[20180506182907320]: /images/20220525/9470b5c68d1c4c35b88ca244844a263b.png
[20180506183259157]: /images/20220525/c9303a65dbc64deea290d262740aead1.png
[20180506183342460]: /images/20220525/13e39c69f3684118b35c7655cfc1515c.png
[2018050618351141]: /images/20220525/3dc5f79fba7544bca0f283fe5770bc46.png
[20180506183549185]: /images/20220525/8f6f41ac6bbe48c98382b50634fcb798.png
[20180506191841383]: /images/20220525/e4add645d8f444908e1c13a2d9f09a2c.png
[20180506191008411]: /images/20220525/089fa622934e42228b21b58a52194c2f.png
[Image 1]: 
[20180506190633311]: https://img-blog.csdn.net/20180506190633311
[2018050619114776]: /images/20220525/ba8e3c31aa2d4357a2a295a1e43057bd.png
[20180506190733749]: /images/20220525/14fe904db19c41888a4229fa2bae636e.png