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被遗弃的多重继承(四十五)

时间:2018-05-31 22:03:51      阅读:157      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:多重继承   数据冗余   dynamic_cast   单继承多接口   接口   

        我们在学习了 C++ 的继承之后,有没有想过一个类是否被允许继承自多个父类呢?那么在 C++ 中是支持编写多重继承的代码的,即一个子类可以拥有多个父类。此时子类拥有所有父类的成员变量,子类继承所有父类的成员函数,子类对象可以当作任意父类对象来使用。那么多重继承的语法如下所示,其本质与单继承相同!

class Derived : public BaseA, public BaseB
{
    // ...
};

        下来我们就以代码为例来进行分析

#include <iostream>

using namespace std;

class BaseA
{
    int ma;
public:
    BaseA(int a)
    {
        ma = a;
    }
    
    int getA()
    {
        return ma;
    }
};

class BaseB
{
    int mb;
public:
    BaseB(int b)
    {
        mb = b;
    }
    
    int getB()
    {
        return mb;
    }
};

class Derived : public BaseA, public BaseB
{
    int mc;
public:
    Derived(int a, int b, int c) : BaseA(a), BaseB(b)
    {
        mc = c;
    }
    
    int getC()
    {
        return mc;
    }
    
    void print()
    {
        cout << "ma = " << getA() << ", "
             << "mb = " << getB() << ", "
             << "mc = " << mc << endl;
    }
};

int main()
{
    cout << "sizeof(Derived) = " << sizeof(Derived) << endl;
    
    Derived d(1, 2, 3);
    
    d.print();
    
    cout << "d.getA() = " << d.getA() << endl;
    cout << "d.getB() = " << d.getB() << endl;
    cout << "d.getC() = " << d.getC() << endl;
    
    cout << endl;
    
    BaseA* pa = &d;
    BaseB* pb = &d;
    
    cout << "pa->getA() = " << pa->getA() << endl;
    cout << "pb->getB() = " << pb->getB() << endl;
    
    cout << endl;
    
    void* paa = pa;
    void* pbb = pb;
    
    if( paa == pbb )
    {
        cout << "Pointer to the same object!" << endl;
    }
    else
    {
        cout << "Error!" << endl;
    }
/*
    cout << "pa = " << pa << endl;
    cout << "pb = " << pb << endl;
    cout << "paa = " << paa << endl;
    cout << "pbb = " << pbb << endl;
*/    
    return 0;
}

        我们在程序中定义了父类 A 和 B,子类 Derived 继承自 A 和 B。我们先来打印下子类的内存大小,按照我们之前学习的知识可知,这肯定为 12。接着是定义了一个子类对象 d,通过调用它的 print 成员函数和继承过来的 get* 函数打印值,看看初始化是否成功。接着是定义了两个父类类型的指针并将他们指向子类对象 d,再用 void* 指针指向两个父类指针,按理说它们都指向的是子类对象 d,所以在下面的判断中,应该是相等的,打印的是 Pointer to the same object! 下来我们编译看看结果

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        我们可以看到之前分析的都是对的,但是最后一个打印的竟然不是我们所期望的。也就是说,它们虽然指向的都是同一个对象的地址,但是地址竟然不相同。我们再来将注释去掉,看看他们四个的指针究竟是多少?

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        我们看到他们打印的地址确实不一样。这便是多重继承带来的问题之一了,通过多重继承得到的对象可能拥有“不同的地址”!!!其关系图如下

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        由上面的关系图我们可以看出它们指向的地址确实是不一样的,一个指向的是子类对象的头部,另一个指向的是腰部,此问题无解

        多重继承的问题之二是可能会产生冗余的成员,如下图

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        在上面的这幅图中,Teacher 类和 Student 类继承自 People 类,Doctor 类继承自 Teacher 类 和 Student 类。就是一个在读的博士原来是某学校的老师,但是他后来考上了在读的博士,因此他也成了学生。所以他有多重身份,Teacher 会继承 People 类的姓名和年龄,Student 也会继承 People 类的姓名和年龄,这便造成了成员的冗余。下来我们以代码为例来进行分析

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class People
{
    string m_name;
    int m_age;
public:
    People(string name, int age)
    {
        m_name = name;
        m_age = age;
    }
    
    void print()
    {
        cout << "name = " << m_name << ", "
             << "age = " << m_age << endl;
    }
};

class Teacher : public People
{
public:
    Teacher(string name, int age) : People(name, age)
    {
    }
};

class Student : public People
{
public:
    Student(string name, int age) : People(name, age)
    {
    }
};

class Doctor : public Teacher, public Student
{
public:
    Doctor(string name, int age) : Teacher(name, age), Student(name, age)
    {
    }
};

int main()
{
    Doctor d("zhang san", 22);
    
    d.print();
    
    return 0;
}

        我们来编译下看看

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        编译的时候报错了,它说不知道该调用哪个 print 函数。那么我们在 main 函数中指定,分别来调用Teacher 和 Student 的 print 函数来看看

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        我们看到它打印了两次,这边造成了信息的冗余。当多重继关系出现闭合时将产生数据冗余的问题!!!解决方案是采用虚继承的方式。如下

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        解决数据冗余问题的方案便是虚继承使得中间层不再关系顶层父类的初始化,最终子类必须直接调用顶层父类的构造函数。那么这时问题就来了,当在进行架构设计中需要继承时,便无法确定是使用直接继承还是虚继承?如果我们采用直接继承而且是多重继承的话,便会产生数据的冗余;如果是虚继承的话,是可以解决数据冗余的问题,但是在经过了好几次的继承之后,我们还会那么容易的找到顶层父类吗?我们将上面的程序改为虚继承,如下

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class People
{
    string m_name;
    int m_age;
public:
    People(string name, int age)
    {
        m_name = name;
        m_age = age;
    }
    
    void print()
    {
        cout << "name = " << m_name << ", "
             << "age = " << m_age << endl;
    }
};

class Teacher : virtual public People
{
public:
    Teacher(string name, int age) : People(name, age)
    {
    }
};

class Student : virtual public People
{
public:
    Student(string name, int age) : People(name, age)
    {
    }
};

class Doctor : public Teacher, public Student
{
public:
    Doctor(string name, int age) : People(name, age), Teacher(name, age), Student(name, age)
    {
    }
};

int main()
{
    Doctor d("zhang san", 22);
    
    d.print();
    
    return 0;
}

        编译看看结果

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        多重继承的问题之三便是可能会产生多个虚函数表,如下

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        下来我们还是以代码为例来进行分析

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class BaseA
{
public:
    virtual void funcA()
    {
        cout << "BaseA::funcA()" << endl;
    }
};

class BaseB
{
public:
    virtual void funcB()
    {
        cout << "BaseB::funcB()" << endl;
    }
};

class Derived : public BaseA, public BaseB
{

};

int main()
{
    Derived d;
    BaseA* pa = &d;
    BaseB* pb = &d;
    BaseB* pbe = (BaseB*)pa;
    
    
    cout << "sizeof(d) = " << sizeof(d) << endl;
    
    cout << "Using pa to call funcA()..." << endl;
    
    pa->funcA();
    
    cout << "Using pb to call funcB()..." << endl;
    
    pb->funcB();
    
    cout << "Using pbe to call funcB()..." << endl;
    
    pbe->funcB();

    return 0;
}

        我们在程序的第 37 行打印对象 d 的内存大小,由于它虚继承了两个类,所以会产生两个虚函数表指针,它的内存大小便会为 8。下来我们通过指针 pa 调用 funcA,很明显它会打印出 BaseA::funcA(),而通过指针 pb 调用 funcB 便打印出 BaseB::funcB()。有意思的来了,我们之前在第 34 行用 BaseB 类型来强制转换 BaseA 类型的指针 pa,我们通过它来打印下,看看会打印出什么。我们期望的是打印 BaseB::funcB(),看看结果呢

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        我们看到前面打印的确实是如我们所分析的那样,但是最后一个却打印的是 funA 中的内容。我们很惊讶,我们在之前说过在 C++ 中要用新型的转换关键字,继承这便用的是 dynamic_cast,下来我们用它来进行转换,再来打印这几个指针的地址值。

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        我们看到打印的是我们所期望的内容。而且用强制类型转换的指针 pbe 和用 dynamic_cast 关键字转换的指针 pbc 打印的地址值是不一样的。所以在需要进行强制类型转换时,我们要使用新式类型转换关键字。解决方案便是使用 dynamic_cast,如下

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        那么多重继承这么多的问题,是不是就不用它了呢?不用的话,生活中的很多现象就用语言没法描述了。因此,我们应该要正确的使用多重继承,那么在工程开发者的“多重继承”方式什么呢?单继承某个类 + 实现(多个)接口。如下

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        在经过这么多年的发展以后,前辈们便在实际工程中总结出了这些建议:a> 先继承自一个类,然后实现多个接口;b> 父类提供 equal() 成员函数;c> equal() 成员函数用于判断指针是否指向当前对象;d> 与多重继承相关的强制类型转换用 dynamic_cast 完成

        下来我们还是以代码为例进行分析

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class Base
{
protected:
    int mi;
public:
    Base(int i)
    {
        mi = i;
    }
    
    int getI()
    {
        return mi;
    }
    
    bool equal(Base* obj)
    {
        return (this == obj);
    }
};

class Interface1
{
public:
    virtual void add(int i) = 0;
    virtual void minus(int i) = 0;
};

class Interface2
{
public:
    virtual void multiply(int i) = 0;
    virtual void divide(int i) = 0;
};

class Derived : public Base, public Interface1, public Interface2
{
public:
    Derived(int i) : Base(i)
    {
    }
    
    void add(int i)
    {
        mi += i;
    }
    
    void minus(int i)
    {
        mi -= i;
    }
    
    void multiply(int i)
    {
        mi *= i;
    }
    
    void divide(int i)
    {
        if( i != 0 )
        {
            mi /= i;
        }
    }
};

int main()
{
    Derived d(100);
    Derived* p = &d;
    Interface1* pInt1 = &d;
    Interface2* pInt2 = &d;
    
    cout << "p->getI() = " << p->getI() << endl;    // 100
    
    pInt1->add(10);
    pInt2->divide(11);
    pInt1->minus(5);
    pInt2->multiply(8);
    
    cout << "p->getI() = " << p->getI() << endl;    // 40
    
    cout << endl;
    
    cout << "pInt1 == p : " << p->equal(dynamic_cast<Base*>(pInt1)) << endl;
    cout << "pInt2 == p : " << p->equal(dynamic_cast<Base*>(pInt2)) << endl;
    
    return 0;
}

        我们定义了一个父类,定义了两个接口。类 Derived 为多重继承,初始化为 100,在第 79 行便会打印出 100,经过下面四步的操作之后,得到的结果应该是 40。第 90 和 91 行打印的应该都为 1,我们看看编译结果

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        得到的结果和我们所分析的是一致的。通过对多重继承的学习,总结如下:1、C++ 支持多重继承的编程方式;2、多重继承容易带来的问题有可能出现“同一个对象的地址不同”的情况,虚继承可以解决数据冗余的问题,虚继承使得架构设计可能会出现问题;3、多继承中可能出现多个虚函数表指针;4、与多重继承相关的强制类型转换用 dynamic_cast 完成;5、工程开发中采用“单继承多接口”的方式使用多继承;6、父类提供成员函数用于判断指针是否指向当前对象


        欢迎大家一起来学习 C++ 语言,可以加我QQ:243343083

被遗弃的多重继承(四十五)

标签:多重继承   数据冗余   dynamic_cast   单继承多接口   接口   

原文地址:http://blog.51cto.com/12810168/2122620

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