【C++从0到王者】第二十二站：一文讲透多继承与菱形继承（下）

五、菱形虚拟继承对于空间的优化

当我们不使用菱形虚拟继承的时候

class A
{
public:
  int _a;
};
class B : public A
//class B : virtual public A
{
public:
  int _b;
};
class C : public A
//class C : virtual public A
{
public:
  int _c;
};
class D : public B, public C
{
public:
  int _d;
};
int main()
{
  cout << sizeof(D) << endl;
  return 0;
}

运行结果为

当我们使用菱形虚拟继承的时候

class A
{
public:
  int _a;
};
//class B : public A
class B : virtual public A
{
public:
  int _b;
};
//class C : public A
class C : virtual public A
{
public:
  int _c;
};
class D : public B, public C
{
public:
  int _d;
};
int main()
{
  cout << sizeof(D) << endl;
  return 0;
}

我们会发现，为什么菱形虚拟继承所消耗的空间比虚拟继承消耗的空间还大呢？菱形虚拟继承不是都已经解决了数据冗余了吗？

我们先分析一下我们的对象模型

下面是菱形继承的

刚好是五个整型，所以是20符合我们的计算结果

下面是菱形虚拟继承的

可以看到，果然是24

不过这里其实是节省了的，总体而言相当于我们是节省四字节，但是花费了八字节

不过我们这里的八字节是恒定的，因为用的是指针，节省的四字节是B和C中的A是四字节的，但是又因为要在最底层多出一个A，所以总体就是节省了一个A类的对象。也就是节省了四字节

那么如果我们将A所消耗的空间变大，那么是不是从商业的角度来看，就开始盈利了。

在菱形虚拟继承下

我们先看当A的成员变量为100个元素的大小的时候，消耗420个空间，为8+8+4+400

在菱形继承下，为812个空间，为4+400+4+400+4

可见确实是由8个字节换取了A的成员变量的大小

六、多继承和菱形继承中的一些细节

我们看如下代码。试问p1、p2、p3之间的关系是什么

class Base1 { public:  int _b1; };
class Base2 { public:  int _b2; };
class Derive : public Base1, public Base2 { public: int _d; };
int main() {
  Derive d;
  Base1* p1 = &d;
  Base2* p2 = &d;
  Derive* p3 = &d;
  return 0;
}

要知道这个问题，我们得先知道的一点是，多继承的对象存放中，先继承的在上面。

所以他们的指向关系为如下所示。首先前两个是切片，所以他们看到的就是他们类里面的部分，所以都指向自己的部分，而p3不是切片，它关心的是整个对象。所以也在最上面起始处。

所以最终为p1==p3!=p2

那么如果我们将继承顺序换一下，先继承Base2,然后继承Base1

最终结果如下所示

我们再来看这样一个题：

试问输出的结果是什么

class A {
public:
  A(const char* s) { cout << s << endl; }
  ~A() {}
};
class B :virtual public A
{
public:
  B(const char* sa, const char* sb) :A(sa) { cout << sb << endl; }
};
class C :virtual public A
{
public:
  C(const char* sa, const char* sb) :A(sa) { cout << sb << endl; }
};
class D :public B, public C
{
public:
  D(const char* sa, const char* sb, const char* sc, const char* sd) :B(sa, sb), C(sa, sc), A(sa)
  {
    cout << sd << endl;
  }
};
int main() {
  D* p = new D("class A", "class B", "class C", "class D");
  delete p;
  return 0;
}

对于这道题，它是一个菱形虚拟继承，我们要清楚它的对象模型

我们先猜一猜这个A会调用几次构造？是三次吗？其实不是的，它只调用一次构造。因为这是一个菱形虚拟继承，在这里面其实只有一份A，所以它也只能构造一次。因为一个对象不可能构造三次。

那么这个A对象何时调用呢，我们知道这个A它既不在B也不在C,它在D里面。

而我们new的时候调用的是D的构造函数，它先走的是初始化列表，这个初始化列表它走的顺序是声明的顺序。声明的顺序中，A是第一个，所以A虽然在最下面，但是它却是第一个先执行的，所以先打印A类，然后走B，在走B的时候并不会走这个A的构造，编译器会处理干净的。然后就是C，最后打印D

那么既然B和C的构造函数不会走A的构造，能否将其给去掉呢？其实是不可以的，因为我们有可能会单独调用B对象。

七、菱形继承在库里面的应用

虽然菱形继承很坑，我们一般不建议使用菱形继承，但是在库里面是有人玩过的

如下所示，下面的箭头都是继承，我们就会发现中间出现了菱形继承，iostream继承了istream和ostream。

八、继承和组合

我们已经知道什么是继承了，那么什么是组合呢?如下所示就是组合与继承的区别，组合其实就是一个自定义类型的成员变量

class A
{};
//继承
class B : public A
{};
//组合
class C
{
private:
  A _a;
};

我们可以看出，继承和组合都完成了对对象的复用

1. public继承是一种is-a的关系。也就是说每个派生类对象都是一个基类对象。
2. 组合是一种has-a的关系。假设B组合了A，每个B对象中都有一个A对象
3. 优先使用对象组合，而不是类继承 。
4. 继承允许你根据基类的实现来定义派生类的实现。这种通过生成派生类的复用通常被称为白箱复用(white-box reuse)。术语“白箱”是相对可视性而言：在继承方式中，基类的内部细节对子类可见 。继承一定程度破坏了基类的封装，基类的改变，对派生类有很大的影响。派生类和基类间的依赖关系很强，耦合度高。
5. 对象组合是类继承之外的另一种复用选择。新的更复杂的功能可以通过组装或组合对象来获得。对象组合要求被组合的对象具有良好定义的接口。这种复用风格被称为黑箱复用(black-box reuse)，因为对象的内部细节是不可见的。对象只以“黑箱”的形式出现。组合类之间没有很强的依赖关系，耦合度低。优先使用对象组合有助于你保持每个类被封装
6. 实际尽量多去用组合。组合的耦合度低，代码维护性好。不过继承也有用武之地的，有些关系就适合继承那就用继承，另外要实现多态，也必须要继承。类之间的关系可以用继承，可以用组合，就用组合。
7. 一般符合is-a关系的使用继承，如植物和花。符合has-a的就使用组合，如轮胎和车。既符合继承又符合组合的一般使用组合。因为组合耦合度更低。

九、继承总结

1. 很多人说C++语法复杂，其实多继承就是一个体现。有了多继承，就存在菱形继承，有了菱形继承就有菱形虚拟继承，底层实现就很复杂。所以一般不建议设计出多继承，一定不要设计出菱形继承。否则在复杂度及性能上都有问题。
2. 多继承可以认为是C++的缺陷之一，很多后来的OO（OO是面向对象，OOP是面向对象程序设计）语言都没有多继承，如Java。

本期内容就到这里了

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