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| 1 | +# 12.7 虚基类 (Virtual base classes) |
| 2 | + |
| 3 | +上一章,在[第11.7课——多重继承中](),我们留下了一个“钻石问题”。在本节中,我们将继续讨论。 |
| 4 | + |
| 5 | +**注意:** 本节是一个高级主题,如果需要可以跳过或略过。 |
| 6 | + |
| 7 | +## 钻石问题 (The diamond problem) |
| 8 | + |
| 9 | +以下是上一课中的示例(使用一些构造函数)来说明菱形问题: |
| 10 | + |
| 11 | +```c++ |
| 12 | +class PoweredDevice |
| 13 | +{ |
| 14 | +public: |
| 15 | + PoweredDevice(int power) |
| 16 | + { |
| 17 | + cout << "PoweredDevice: " << power << '\n'; |
| 18 | + } |
| 19 | +}; |
| 20 | + |
| 21 | +class Scanner: public PoweredDevice |
| 22 | +{ |
| 23 | +public: |
| 24 | + Scanner(int scanner, int power) |
| 25 | + : PoweredDevice(power) |
| 26 | + { |
| 27 | + cout << "Scanner: " << scanner << '\n'; |
| 28 | + } |
| 29 | +}; |
| 30 | + |
| 31 | +class Printer: public PoweredDevice |
| 32 | +{ |
| 33 | +public: |
| 34 | + Printer(int printer, int power) |
| 35 | + : PoweredDevice(power) |
| 36 | + { |
| 37 | + cout << "Printer: " << printer << '\n'; |
| 38 | + } |
| 39 | +}; |
| 40 | + |
| 41 | +class Copier: public Scanner, public Printer |
| 42 | +{ |
| 43 | +public: |
| 44 | + Copier(int scanner, int printer, int power) |
| 45 | + : Scanner(scanner, power), Printer(printer, power) |
| 46 | + { |
| 47 | + } |
| 48 | +}; |
| 49 | +``` |
| 50 | + |
| 51 | +尽管你可能觉得我们得到了这样的图形: |
| 52 | + |
| 53 | + |
| 54 | + |
| 55 | +如果要创建一个Copier类对象,默认情况下,您将得到PoweredDevice类的两个副本,一个来自Printer,一个来自Scanner。其结构如下: |
| 56 | + |
| 57 | + |
| 58 | + |
| 59 | +我们可以创建一个简短的测试来说明这一点: |
| 60 | + |
| 61 | +```c++ |
| 62 | +int main() |
| 63 | +{ |
| 64 | + Copier copier(1, 2, 3); |
| 65 | + |
| 66 | + return 0; |
| 67 | +} |
| 68 | +``` |
| 69 | + |
| 70 | +这将产生结果 |
| 71 | + |
| 72 | +```bash |
| 73 | +PoweredDevice: 3 |
| 74 | +Scanner: 1 |
| 75 | +PoweredDevice: 3 |
| 76 | +Printer: 2 |
| 77 | +``` |
| 78 | + |
| 79 | +如你所见,PoweredDevice被构造了两次。 |
| 80 | + |
| 81 | +虽然这是经常需要的,但有时您可能只希望扫描仪和打印机共享PoweredDevice的一个副本。 |
| 82 | + |
| 83 | +## 虚基类 (Virtual base classes) |
| 84 | + |
| 85 | +要共享基类,只需在派生类的继承列表中插入“virtual”关键字。这将创建所谓的虚拟基类,这意味着只有一个基类对象。基对象在继承树中的所有对象之间共享,并且只构造一次。下面是一个示例(为简单起见,不使用构造函数)演示如何使用virtual关键字创建共享基类: |
| 86 | + |
| 87 | +```c++ |
| 88 | +class PoweredDevice |
| 89 | +{ |
| 90 | +}; |
| 91 | + |
| 92 | +class Scanner: virtual public PoweredDevice |
| 93 | +{ |
| 94 | +}; |
| 95 | + |
| 96 | +class Printer: virtual public PoweredDevice |
| 97 | +{ |
| 98 | +}; |
| 99 | + |
| 100 | +class Copier: public Scanner, public Printer |
| 101 | +{ |
| 102 | +}; |
| 103 | +``` |
| 104 | + |
| 105 | +现在,当您创建一个Copier类对象时,每个 Copier 只会得到一个 PoweredDevice 副本,该副本将由 Scanner 和 Printer 共享。 |
| 106 | + |
| 107 | +然而,这又引出了一个问题:如果 Scanner 和 Printer 共享PoweredDevice基类,谁负责创建它?事实证明,答案是 Copier。Copier 构造函数负责创建 PoweredDevice。因此,这允许 Copier 直接调用 **非直接 (non-immediate-parent)** 构造函数: |
| 108 | + |
| 109 | +```c++ |
| 110 | +#include <iostream> |
| 111 | + |
| 112 | +class PoweredDevice |
| 113 | +{ |
| 114 | +public: |
| 115 | + PoweredDevice(int power) |
| 116 | + { |
| 117 | + std::cout << "PoweredDevice: " << power << '\n'; |
| 118 | + } |
| 119 | +}; |
| 120 | + |
| 121 | +class Scanner: virtual public PoweredDevice // note: PoweredDevice 现在是一个虚基类 |
| 122 | +{ |
| 123 | +public: |
| 124 | + Scanner(int scanner, int power) |
| 125 | + : PoweredDevice(power) // 这行是创建 Scanner 必要的,在这个例子里我们可以忽略。 |
| 126 | + { |
| 127 | + std::cout << "Scanner: " << scanner << '\n'; |
| 128 | + } |
| 129 | +}; |
| 130 | + |
| 131 | +class Printer: virtual public PoweredDevice // note: PoweredDevice 现在是一个虚基类 |
| 132 | +{ |
| 133 | +public: |
| 134 | + Printer(int printer, int power) |
| 135 | + : PoweredDevice(power) // 这行是创建 Printer 必要的,在这个例子里我们可以忽略。 |
| 136 | + { |
| 137 | + std::cout << "Printer: " << printer << '\n'; |
| 138 | + } |
| 139 | +}; |
| 140 | + |
| 141 | +class Copier: public Scanner, public Printer |
| 142 | +{ |
| 143 | +public: |
| 144 | + Copier(int scanner, int printer, int power) |
| 145 | + : PoweredDevice(power), // PoweredDevice 在这里进行构造 |
| 146 | + Scanner(scanner, power), Printer(printer, power) |
| 147 | + { |
| 148 | + } |
| 149 | +}; |
| 150 | +``` |
| 151 | + |
| 152 | +还是用前面的例子 |
| 153 | + |
| 154 | +```c++ |
| 155 | +int main() |
| 156 | +{ |
| 157 | + Copier copier(1, 2, 3); |
| 158 | + |
| 159 | + return 0; |
| 160 | +} |
| 161 | +``` |
| 162 | + |
| 163 | +产生结果 |
| 164 | + |
| 165 | +```bash |
| 166 | +PoweredDevice: 3 |
| 167 | +Scanner: 1 |
| 168 | +Printer: 2 |
| 169 | +``` |
| 170 | + |
| 171 | +如您所见,PoweredDevice只构建一次。 |
| 172 | + |
| 173 | +有一些细节,如果我们我们必须要说明 |
| 174 | + |
| 175 | +**首先:** 虚基类总是在非虚基类之前创建,这确保所有基类在派生类之前创建。 |
| 176 | + |
| 177 | +**其次:** 请注意 Scanner 和 Printer 构造函数仍有调用 PoweredDevice 的构造函数。创建 Copier 实例时,这些构造函数调用被忽略,因为 Copier 负责创建 PoweredDevice ,而不是 Scanner 或 Printer 。但是,如果我们要创建 Scanner 或 Printer 的实例,那么调用那些构造函数,并应用常规继承规则。 |
| 178 | + |
| 179 | +**第三:** 如果一个类继承了一个或多个具有虚基类的类,则 **末端派生(most derived)** 的类负责构造虚基类。在本例中,Copier 继承 Printer 和 Scanner ,它们都有一个 PoweredDevice 虚拟基类。Copier 是最派生的类,负责创建 PoweredDevice 。请注意,即使在单一继承情况下也是如此:如果 Copier 是从 Printer 单独继承的,而 Printer 实际上是从 PoweredDevice 继承的,Copier 仍然负责创建 PoweredDevice 。 |
| 180 | + |
| 181 | +**第四:** 继承一个虚拟基类的所有类都将有一个虚拟表,即使它们通常不会有,实例化的对象会因为这个指针增加一些尺寸。 |
| 182 | + |
| 183 | +因为 Scanner 和 Printer 是从 PoweredDevice 虚继承出来的,所以 只有一个 PoweredDevice 子对象。Scanner 和 Printer 都需要知道如何找到这个 PoweredDevice 子对象,以便访问它的成员(因为毕竟,它们是从它派生的)。这通常是通过一些虚表来实现的(它实际上存储了从每个子类到 PoweredDevice 子对象的偏移量)。 |
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