C++中继承与虚继承本质之优秀

1、C++类继承作用域本质

类其实也是一种作用域，每个类都会定义自己的作用域，在这个作用域内我们再定义类的成员。当存在继承关系时，派生类的作用域嵌套在基类的作用域之内，如果一个名字在派生类的作用域内无法找到，编译器会继续到外层的基类作用域中查找该名字的定义。

换句话说，作用域能够彼此包含，被包含（或者说被嵌套）的作用域称为内层作用域（inner scope），包含着别的作用域的作用域称为外层作用域（outer scope）。一旦在外层作用域中声明（或者定义）了某个名字，那么它所嵌套着的所有内层作用域中都能访问这个名字。同时，允许在内层作用域中重新定义外层作用域中已有的名字。

假设Base是基类，Derived是派生类，那么它们的作用域的嵌套关系如下图所示：

派生类的作用域位于基类作用域之内这一事实可能有点出人意料，毕竟在我们的代码中派生类和基类的定义是相互分离的。。不过也恰恰因为类作用域有这种继承嵌套的关系，所以派生类才能像使用自己的成员一样来使用基类的成员。

例下：一个类作用域嵌套的实例

#include<iostream>
using namespace std;
class A{
public:
    void func();
public:
    int n;
};
void A::func(){ cout<<"c.biancheng.net"<<endl; }
class B: public A{
public:
    int n;
    int m;
};
class C: public B{
public:
    int n;
    int x;
};
int main(){
    C obj;
    obj.n;
    obj.func();
    cout<<sizeof(C)<<endl;
    return 0;
}

运行结果：

c.biancheng.net

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本例中，B 继承自 A，C继承自 B，它们作用域的嵌套关系如下图所示：

obj 是 C 类的对象，通过 obj 访问成员变量 n 时，在 C 类的作用域中就能够找到了 n 这个名字。虽然 A 类和 B 类都有名字 n，但编译器不会到它们的作用域中查找，所以是不可见的，也即派生类中的 n 遮蔽了基类中的 n。

通过 obj 访问成员函数 func() 时，在 C 类的作用域中没有找到 func 这个名字，编译器继续到 B 类的作用域（外层作用域）中查找，仍然没有找到，再继续到 A 类的作用域中查找，结果就发现了 func 这个名字，于是查找结束，编译器决定调用 A 类作用域中的 func() 函数。

这个过程叫做名字查找（name lookup），也就是在作用域链中寻找与所用名字最匹配的声明（或定义）的过程。

对于成员变量这个过程很好理解，对于成员函数要引起注意，编译器仅仅是根据函数的名字来查找的，不会理会函数的参数。换句话说，一旦内层作用域有同名的函数，不管有几个，编译器都不会再到外层作用域中查找，编译器仅把内层作用域中的这些同名函数作为一组候选函数；这组候选函数就是一组重载函数。

说白了，只有一个作用域内的同名函数才具有重载关系，不同作用域内的同名函数是会造成遮蔽，使得外层函数无效。派生类和基类拥有不同的作用域，所以它们的同名函数不具有重载关系。

2、C++中虚继承中的内存模型

      简单的面向对象，只有单继承或多继承的情况下，内存模型很好理解，编译器实现起来也容易，C++ 的效率和 C 的效率不相上下。一旦和 virtual 关键字扯上关系，使用到虚继承或虚函数，内存模型就变得混乱起来，各种编译器的实现也不一致，让人抓狂。

这是因为 C++ 标准仅对 C++ 的实现做了框架性的概述，并没有规定细节如何实现，所以不同厂商的编译器在具体实现方案上会有所差异。

对于普通继承，基类子对象始终位于派生类对象的前面（也即基类成员变量始终在派生类成员变量的前面），而且不管继承层次有多深，它相对于派生类对象顶部的偏移量是固定的。请看下面的例子：

class A{
protected:
    int m_a1;
    int m_a2;
};
class B: public A{
protected:
    int b1;
    int b2;
};
class C: public B{
protected:
    int c1;
    int c2;
};
class D: public C{
protected:
    int d1;
    int d2;
};
int main(){
    A obj_a;
    B obj_b;
    C obj_c;
    D obj_d;
    return 0;
}

obj_a、obj_b、obj_c、obj_d 的内存模型如下所示：

A 是最顶层的基类，在派生类 B、C、D 的对象中，A 类子对象始终位于最前面，偏移量是固定的，为 0。b1、b2 是派生类 B 的新增成员变量，它们的偏移量也是固定的，分别为 8 和 12。c1、c2、d1、d2 也是同样的道理。

前面我们说过，编译器在知道对象首地址的情况下，通过计算偏移来存取成员变量。对于普通继承，基类成员变量的偏移是固定的，不会随着继承层级的增加而改变，存取起来非常方便。

而对于虚继承，恰恰和普通继承相反，大部分编译器会把基类成员变量放在派生类成员变量的后面，这样随着继承层级的增加，基类成员变量的偏移就会改变，就得通过其他方案来计算偏移量。

下面我们来一步一步地分析虚继承时的对象内存模型。

假如： 修改上面的代码，使得 A 是 B 的虚基类

class B: virtual public A

此时 obj_b、obj_c、obj_d 的内存模型就会发生变化，如下图所示：

不管是虚基类的直接派生类还是间接派生类，虚基类的子对象始终位于派生类对象的最后面。