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C++多继承,虚继承部分总结与示例

news 2025/8/18 22:32:33

tags: C++ OOP

写在前面

写一下多继承, 虚继承的一些部分, 包括一些例子.

多继承

简介

多继承是指从多个直接基类中产生派生类的能力. 多继承的派生类继承了所有父类的属性, 所以会带来一些复杂的问题.

示例1: 多继承用法与调用顺序

#include <string>
#include <iostream>
using namespace std;class ZooAnimal {
public:ZooAnimal() { cout << "call ZooAnimal::ZooAnimal()\n"; }~ZooAnimal() { cout << "call ZooAnimal::~ZooAnimal()\n"; }
};class Endangered {
public:Endangered() { cout << "call Endangered::Endangered()\n"; }Endangered(int a) : m_a(a) { cout << "call Endangered::Endangered(int)\n"; }~Endangered() { cout << "call Endangered::~Endangered()\n"; }static int critical;private:int m_a;
};
int Endangered::critical = 10;class Bear : public ZooAnimal {
public:Bear() { cout << "call Bear::Bear()\n"; }Bear(string, bool, string);~Bear() { cout << "call Bear::~Bear()\n"; }
};
Bear::Bear(string name, bool onExhibit, string detail) {cout << "call Bear::Bear(string, bool, string)\n";
}// multi inherit
class Panda : public Bear, public Endangered {
public:Panda();Panda(string, bool);~Panda() { cout << "call Panda::~Panda()\n"; }
};Panda::Panda(string name, bool onExhibit): Bear(name, onExhibit, "Panda"), Endangered(Endangered::critical) {cout << "call Panda::Panda(string, bool)\n";
}
Panda::Panda() : Endangered(Endangered::critical) {cout << "call Panda::Panda()\n";
}void t1() {//Panda p1;/* call ZooAnimal::ZooAnimal() *//* call Bear::Bear() *//* call Endangered::Endangered(int) *//* call Panda::Panda() *//* call Panda::~Panda() *//* call Endangered::~Endangered() *//* call Bear::~Bear() *//* call ZooAnimal::~ZooAnimal() */
}int main(int argc, char *argv[]) {t1();return 0;
}

通过输出可以看出, 首先调用最终基类, 然后调用直接基类, 然后是第二基类, 最后是子类.

析构顺序正好相反(由子类至基类).

示例2: 多继承构造函数可能出现的问题

#include <iostream>
#include <memory>
#include <string>
using namespace std;struct Base1 {Base1() { cout << "Base1()\n"; }Base1(const string &) { cout << "Base1(const string&) \n"; }Base1(std::shared_ptr<int>);
};struct Base2 {Base2() { cout << "Base2()\n"; }Base2(const string &) { cout << "Base2(const string&) \n"; }Base2(int a) { cout << "Base2(int)\n"; }
};struct D1 : public Base1, public Base2 {using Base1::Base1;using Base2::Base2;// 定义自己版本的构造函数D1(const string &) { cout << "D1(const string &)\n"; }
};void t1() {D1 d1(1);/* Base1() *//* Base2(int) */
}
void t2() {D1 d2("abc");/* error: call of overloaded 'D1(const char [4])' is ambiguous *//* Base1() *//* Base2() *//* D1(const string &) */
}int main(int argc, char *argv[]) {// test/* t1(); */t2();return 0;
}

多继承引发的类型转换问题

在只有一个基类的情况下, 派生类的指针或引用能自动转换成一个可访问基类的指针或引用, 多基类情况类似, 可以令某个可访问基类的指针或引用直接指向一个派生类对象. 如下所示:(仍然采用上面的Panda例子)

void print(const Bear &) { cout << "call print(const Bear&)\n"; }
void highlight(const Endangered &) {cout << "call highlight(const Endangered&)\n";
}
ostream &operator<<(ostream &os, const ZooAnimal &) {os << "call operator<< (ZooAnimal)\n";return os;
}
// 如果解注释, 会导致错误
/* error: call of overloaded 'print(Panda&)' is ambiguous */
/* void print(const Endangered &) { cout << "call print(const Endangered&)\n"; } */
void t2() {Panda aa("aa", true);print(aa);highlight(aa);cout << aa << endl;/* call print(const Bear&) *//* call highlight(const Endangered&) *//* call operator<< (ZooAnimal) */
}

上面如果为同一函数的参数作两个基类的重载, 那么就会导致二义性错误.

基于指针类型或引用类型的查找

与只有一个基类的继承一样, 对象/指针/引用的静态类型决定了能使用的成员.

例如: 如果使用一个ZooAnimal指针, 则只有定义在ZooAnimal中的操作可以调用, 而Pandas中的其他特有部分(其他基类, Bear,Panda,Endangered)都不可见.

class ZooAnimal {
public:ZooAnimal() { cout << "call ZooAnimal::ZooAnimal()\n"; }void print() { cout << "call ZooAnimal::print()\n"; }~ZooAnimal() { cout << "call ZooAnimal::~ZooAnimal()\n"; }
};void t3() {Bear *pb = new Panda("aa", true);pb->print();delete pb;/* call ZooAnimal::ZooAnimal() *//* call Bear::Bear(string, bool, string) *//* call Endangered::Endangered(int) *//* call Panda::Panda(string, bool) *//* call ZooAnimal::print() *//* call Bear::~Bear() *//* call ZooAnimal::~ZooAnimal() */
}

多继承下的类作用域

在只有一个基类的情况下, 派生类的作用域嵌套在直接基类和间接基类的作用域中. 查找过程沿着继承体系自底向上进行, 直到找到所需的名字. 派生类的名字将隐藏基类的同名成员.

多继承中, 相同的查找过程在所有直接基类中同时进行, 若同一名字在多个基类中找到, 则二义性错误.

所以, 需要显式指明作用域, 或者定义新版本的不同名内容.

虚继承

派生列表中同一基类只能出现一次, 但是实际上派生类可以多次继承同一个类, 派生类可以通过它的两个直接基类分别继承同一个间接基类, 也可以直接继承某个基类, 然后通过另一个基类再一次间接继承该类.

默认情况下, 派生类中含有继承链上的每一个类对应的子部分, 如果某个类在派生过程中出现多次, 则派生类中将包含该类的多个子对象.

虚继承的出现就是用于解决多继承中存在的基类多次使用问题的.

其目的是: 令某一个类作出声明, 承诺愿意共享基类, 其中, 共享的基类子对象称为虚基类.

在这种机制下, 不论虚基类在继承体系中出现了多少次, 在派生类中都只包含唯一一个共享的虚基类子对象.

必须在虚派生的真实需求出现之前完成派生操作.
虚派生只会影响从指定了虚基类的派生类中进一步派生出的类, 不会影响派生类本身.
使用virtual说明符(在public之前或者之后都可以)表明了: 在后续的派生类中共享虚基类的同一份实例, 但是并没有规定什么样的类能够作为虚基类.

示例: Panda

#include <string>
#include <iostream>
using namespace std;class ZooAnimal {
public:ZooAnimal() {}void print() { cout << "call ZooAnimal::print()\n"; }~ZooAnimal() {}
};class Endangered {
public:Endangered() {}Endangered(int a) : m_a(a) {}~Endangered() {}static int critical;private:int m_a;
};
int Endangered::critical = 10;class Raccoon : virtual public ZooAnimal {
public:Raccoon() {}Raccoon(string, bool, string);~Raccoon() {}
};
Raccoon::Raccoon(string name, bool onExhibit, string detail) {}class Bear : virtual public ZooAnimal {
public:Bear() {}Bear(string, bool, string);~Bear() {}
};
Bear::Bear(string name, bool onExhibit, string detail) {}// multi inherit
class Panda : public Bear, public Raccoon, public Endangered {
public:Panda();Panda(string, bool);~Panda() {}
};Panda::Panda(string name, bool onExhibit): Bear(name, onExhibit, "Panda"), Endangered(Endangered::critical) {}
Panda::Panda() : Endangered(Endangered::critical) {}void t1() {Panda a;/* call ZooAnimal::ZooAnimal() *//* call Bear::Bear() *//* call Raccoon::Raccoon() *//* call Endangered::Endangered(int) *//* call Panda::Panda() *//* call Panda::~Panda() *//* call Endangered::~Endangered() *//* call Raccoon::~Raccoon() *//* call Bear::~Bear() *//* call ZooAnimal::~ZooAnimal() */
}

虚派生中, 虚基类是由最底层的派生类初始化的, 以上面的程序为例, 当创建Panda对象时, 由Panda构造函数独自控制ZooAnimal的初始化过程.

支持向基类的常规类型转换

与非虚基类一样, 派生类对象也可以被可访问基类的指针或引用操作.

void dance(const Bear &) { cout << "call dance(const Bear&)\n"; }
void rummage(const Raccoon &) { cout << "call rummage(const Raccoon&)\n"; }
ostream &operator<<(ostream &os, const ZooAnimal &) {os << "call operator<< (ZooAnimal)\n";return os;
}void t2() {Panda a;dance(a);rummage(a);cout << a;/* call dance(const Bear&) *//* call rummage(const Raccoon&) *//* call operator<< (ZooAnimal) */
}