C++中的多重继承

多重继承

  • C++支持编写多重继承的代码
    • 一个子类可以拥有多个父类
    • 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使用
  • 多重继承的语法规则
//多重继承的本质与单继承相同
class Derived : public BaseA,
                public BaseB,
                public BaseC
{
        // ......
};

多重继承的问题一

这里首先看一段代码：

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

//定义父类BaseA
class BaseA
{
    //成员变量
    int ma;
public:
    //带参构造函数
    BaseA(int a)
    {
        ma = a;
    }
    //成员函数
    int getA()
    {
        return ma;
    }
};

//定义父类BaseB
class BaseB
{
    //成员变量
    int mb;
public:
    //带参构造函数
    BaseB(int b)
    {
        mb = b;
    }
    //成员函数
    int getB()
    {
        return mb;
    }
};

//子类Derived同时继承BaseA 和 BaseB
class Derived : public BaseA, public BaseB
{
    //子类的成员变量
    int mc;
public:
    //子类带参构造函数 初始化列表中初始化2个父类
    Derived(int a, int b, int c) : BaseA(a), BaseB(b)
    {
        mc = c;
    }
    //成员函数
    int getC()
    {
        return mc;
    }
    //成员函数
    void print()
    {
        cout << "ma = " << getA() << ", "
             << "mb = " << getB() << ", "
             << "mc = " << mc << endl;
    }
};

int main()
{
    cout << "sizeof(Derived) = " << sizeof(Derived) << endl;    // 12
    
    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;
    return 0;
}

上述代码是一个非常标准的多重继承的示例，输出结果如下：

sizeof(Derived) = 12
ma = 1, mb = 2, mc = 3
d.getA() = 1
d.getB() = 2
d.getC() = 3

因为子类初始化时在初始化列表中也初始化了2个父类，所以调用父类函数可以输出从父类继承的成员变量。此时，我们再做一点其它操作：

    //使用子类对象指针分别赋值给父类指针
    BaseA* pa = &d;
    BaseB* pb = &d;
    
    //分别调用函数
    cout << "pa->getA() = " << pa->getA() << endl;
    cout << "pb->getB() = " << pb->getB() << endl;
    
    cout << endl;
    
    //使用2个指针分别指向父类指针
    void* paa = pa;
    void* pbb = pb;
    
    //判断2个指针是否相等
    if( paa == pbb )
    {
        cout << "Pointer to the same object!" << endl; 
    }
    else
    {
        cout << "Error" << endl;
    }
    //再分别输出4个指针
    cout << "pa = " << pa << endl;
    cout << "pb = " << pb << endl;
    cout << "paa = " << paa << endl;
    cout << "pbb = " << pbb << endl;

输出结果为：

sizeof(Derived) = 12
ma = 1, mb = 2, mc = 3
d.getA() = 1
d.getB() = 2
d.getC() = 3

pa->getA() = 1
pb->getB() = 2

Error
pa = 0x7fff58957a00
pb = 0x7fff58957a04
paa = 0x7fff58957a00
pbb = 0x7fff58957a04

有没有发现一个奇怪的事情，对子类对象d取地址后分别赋值给2个父类指针，此时竟然会得到2个不同的地址。也就是说 **通过多重继承得到的对象可能拥有不同的地址** ！如下所示：

Derived d(1, 2, 3);
BaseA* pa = &d;
BaseB* pb = &d;

pa  ====>   int ma;
            int mb;      <====  pb
            int mc;

多重继承的问题二

接下来再看一段代码：

#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) : Teacher(name, age), Student(name, age), People(name, age)
    {
    }
};

int main()
{
    Doctor d("Delphi", 33);
    
    d.print();
    
    return 0;
}

在上述代码中，Teacher类和Student类都是People类的子类，然后Doctor类又同时继承Student类和Teacher类，这里会引起歧义。先看下输出结果：

Name = Delphi, Age = 33

看到结果，可以自问一下，d调用print函数，这个print函数是Teacher类的还是Student类的呢？其实这里反映出多重继承的第二个问题： 当多重继承关系出现闭合时将产生数据冗余的问题！

那如何解决呢？ 可是使用 虚继承 ：

class People{ };
class Teacher : virtual public People{};
class Student : virtual public People{};
class Doctor : public Teacher, public Student
{

};
  • 虚继承能够解决数据冗余问题
  • 中间层父类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

多重继承的问题三

在问题二中，使用虚继承的方式来解决多继承闭合造成的数据冗余问题，但是又引发了另一个问题：

当架构设计中需要继承时，无法确定使用直接继承还是虚继承！！

多重继承的问题四

接下来看第四个问题，先看一段代码：

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

//定义BaseA类
class BaseA
{
public:
    //定义虚函数funcA()
    virtual void funcA()
    {
        cout << "BaseA::funcA()" << endl;
    }
};
//定义BaseB类
class BaseB
{
public:
    //定义虚函数funcB()
    virtual void funcB()
    {
        cout << "BaseB::funcB()" << endl;
    }
};
//定义Derived类 并同时继承BaseA和BaseB类
class Derived : public BaseA, public BaseB
{

};

int main()
{
    Derived d;
    //用子类对象d分别赋值给2个父类指针
    BaseA* pa = &d;
    BaseB* pb = &d;
    //把BaseA指针直接强转为BaseB指针
    BaseB* pbe = (BaseB*)pa;
    //使用dynamic_cast来转换指针
    BaseB* pbc = dynamic_cast<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();
    
    cout << "Using pbc to call funcB()..." << endl;
    pbc->funcB();
    
    cout << endl;
    
    cout << "pa = " << pa << endl;
    cout << "pb = " << pb << endl;
    cout << "pbe = " << pbe << endl;
    cout << "pbc = " << pbc << endl;
    
    return 0;
}

运行结果如下：

sizeof(d) = 16
Using pa to call funcA()...
BaseA::funcA()
Using pb to call funcB()...
BaseB::funcB()
Using pbe to call funcB()...
BaseA::funcA()
Using pbc to call funcB()...
BaseB::funcB()

pa = 0x7fff59f519f8
pb = 0x7fff59f51a00
pbe = 0x7fff59f519f8
pbc = 0x7fff59f51a00

有没有发现在转换指针时，如果直接进行强制转换，调用的还是原指针指向的方法，也就是说pbe指针虽然是父类指针BaseB类型，但是实际是父类指针BaseA类型，所以调用funcB函数时输出funcA。但如果使用dynamic_cast的时候，就不会存在这个问题。

所以在需要进行强制类型转换时，C++中推荐使用新式类型转换关键字： dynamic_cast 。

正确使用多重继承

  • 工程开发中的 "多重继承" 方式：
    • 单继承某个类 + 实现（多个）接口

就像这样：

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

//定义父类Base
class Base
{
protected:
    //成员变量mi，子类可访问，外界不可访问
    int mi;
public:
    //带参构造函数
    Base(int i)
    {
        mi = i;
    }
    //成员函数
    int getI()
    {
        return mi;
    }
    //这个函数的作用是判断obj是否是当前对象
    bool equal(Base* obj)
    {
        return (this == obj);
    }
};

//定义接口Interface1
class Interface1
{
public:
    //2个纯虚函数
    virtual void add(int i) = 0;
    virtual void minus(int i) = 0;
};

//定义接口Interface2
class Interface2
{
public:
    //2个纯虚函数
    virtual void multiply(int i) = 0;
    virtual void divide(int i) = 0;
};

//定义子类 并继承父类Base，并实现2个接口
class Derived : public Base, public Interface1, public Interface2
{
public:
    //初始化时 初始化Base类
    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;
}

输出结果为：

p->getI() = 100
p->getI() = 40

pInt1 == p : 1
pInt2 == p : 1
  • 一些建议
    • 先继承自一个父类，然后实现多个接口
    • 父类中提供equal( )成员函数
    • equal( ) 成员函数用于判断指针是否指向当前对象
    • 与多重继承相关的强制类型转换用 dynamic_cast 完成
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