C++进阶—继承(下)菱形(虚拟)继承分析虚拟继承存储对象模型

news2024/9/21 3:03:57

 

目录

0. 前言

1. 普通多继承下，基类和派生类复制转换底层细节(切片)

2. 多继承下的复杂菱形继承

3. 菱形虚拟继承(虚基类)重点

3.1 菱形非虚拟继承对象存储模型

3.2 菱形虚拟继承对象存储模型

3.3 虚拟继承对象存储模型

3.4 多对象继承关系分析其虚基类&虚拟化继承位置

5. 继承的总结和反思

0. 前言

这篇文章主要接上篇文章，从更深层次理解普通继承切片切割以及虚拟继承切片切割，从底部虚拟内存分析，以及分析C++多继承带来的一些问题，和C++解决多继承带来问题采取的方式，并从底层内存观察其逐步实现及原理，最终更深层次感受多继承！并从软件工程分析继承和组合两个概念！！！

1. 普通多继承下，基类和派生类复制转换底层细节(切片)

派生类对象 可以赋值给 基类的对象 / 基类的指针 / 基类的引用。这里有个形象的说法叫切片或者切割。寓意把派生类中父类那部分切来赋值过去。

那么编译器在普通继承下，处理时如何切片，由上面一题目，看内存分析如下：

可知在编译阶段，对象实例化时，实例化对象只存储成员变量，而成员函数会根据其模板参数、所属类域存储在公共代码段，以便进行调用！

在对象实例化时，通过调试观察其虚拟内存得出，实例化对象会提前在栈区或者堆区开辟好空间，其成员变量在栈区先使用低地址在使用高地址，（如结构体，便于通过偏移量计算成员位置），因此可以绘制出对象d实例化时，内存存储数据模型：

        而通过上篇文章可知，默认构造，先构造其基类，在构造子类，而对于多继承其根据继承顺序依次构造，因此先实例化_b1，在实例化_b2，其次实例化_d，因此可以看出由低地址到高地址使用实例化！！！

使用调试，观察其切割切片方式:

  1.  将&d派生类Derive地址赋值给Base* p1基类指针，此时便会进行切片，切割使用_b1，所以此时p1指向的地址便是原类Derive实例化对象d的地址，但是由于其进行切片，向后只能访问其基类大小个字节，只能访问_b1
  2. 将&d派生类Derive地址赋值给Base* p2基类指针，此时便会进行切片，切割使用_b2，由于Base2实例化在中间，因此切片时从_b2地址进行切片赋值，向后只能访问其基类大小个字节，只能访问_b2
  3. 将&d派生类Derive地址赋值给其所属类型的指针变量，此时未发生切片，p3所指向的地址便是整个实例化对象的地址，所以p3的地址便是最开始的地址！！！

最终结果：

 p3和p1虽然向后访问数据的偏移量不同，但是所指向同一空间的起始地址&d，_d1，而p2指向同一空间基于Base2实例化的地址，即_b2地址，再根据派生类成员变量内存分布，即可以得出上图结果！！！

总结：

  1. 对于派生类引用赋值给基类，底层是对指针和解引用的封装，含义不同，内存操作相同！！！
  2. 对于派生类直接赋值给基类，会直接进行切割赋值

2. 多继承下的复杂菱形继承

单继承：一个子类只有一个直接父类时称这个继承关系为单继承

多继承：一个子类有两个或以上直接父类时称这个继承关系为多继承

 菱形继承：菱形继承是多继承的一种特殊情况。

什么是二义性：（多继承和菱形继承都会导致二义性）

 如上图：在多继承中class A和class B若是有多个相同数据成员，此时对于class C而言同名的数据成员会产生二义性的问题，需要通过类域对其进行区分，如下代码：

	class A {
	public:
		A() :_a(1), _same(10) {

		}

		int _a;
		int _same;
	};
	class B {
	public:
		B() :_b(1), _same(1) {

		}
		int _b;
		int _same;
	};
	class C : public A,public B{
	public:
		void Print() {
			//cout << _same << endl;//err _same无法确定是属于哪个类，二义性
		}
		int _c;
	};
	void test() {
		C c;
		//cout << c._same << endl;//err _same无法确定是属于哪个类，二义性
	}

菱形继承的问题：从下面的对象成员模型构造，可以看出菱形继承有数据冗余和二义性的问题。 在Assistant的对象中Person成员会有两份，除了二义性，当间接相同基类成员变量如果占用空间过大，也会浪费内存空间。

	class Person
	{
	public:
		string _name; // 姓名
	};

	class Student : public Person
	{
	public:
		int _num; //学号
	};

	class Teacher : public Person
	{
	public:
		int _id; // 职工编号
	};

	class Assistant : public Student, public Teacher
	{
	public:
		string _majorCourse; // 主修课程
	};

	void Test()
	{
		// 这样会有二义性无法明确知道访问的是哪一个
		Assistant a;
		//a._name = "peter";
		// 需要显示指定访问哪个父类的成员可以解决二义性问题，但是数据冗余问题无法解决
		a.Student::_name = "xxx";
		a.Teacher::_name = "yyy";
	}

我们发现在类Assistant中存在两份的基类Person，分别Assistant存在类Student和类Teacher中，如果数据多则严重浪费空间，也不利于维护, 我们引用基类Person中的数据还需要通过域运算符进行区分。

为了解决以上问题，C++提供了虚基类，也叫做虚拟继承的概念

3. 菱形虚拟继承(虚基类)重点

为了解决上述菱形继承带来的问题，C++中引入了虚基类，其作用是在间接继承共同基类时只保留一份基类成员，虚拟继承可以解决菱形继承的二义性和数据冗余的问题。如上面的继承关系，在Student和Teacher的继承Person时使用虚拟继承，即可解决问题。需要注意的是，虚拟继承不要在其他地方去使用。

	class Person
	{
	public:
		string _name; // 姓名
	};
	class Student : virtual public Person
	{
	protected:
		int _num; //学号
	};
	class Teacher : virtual public Person
	{
	protected:
		int _id; // 职工编号
	};
	class Assistant : public Student, public Teacher
	{
	protected:
		string _majorCourse; // 主修课程
	};
	void Test()
	{
		Assistant a;
		a._name = "peter";
	}

虚拟继承解决数据冗余和二义性的原理分析

3.1 菱形非虚拟继承对象存储模型

为了研究虚拟继承原理，先给出一个简化的菱形非虚拟继承体系，再借助内存窗口观察对象成员的模型：

class A {
	public:
		int _a;
	};

	class B : public A{
	public:
		int _b;
	};
	class C : public A{
	public:
		int _c;
	};

	class D :public B, public C {
	public:
		int _d;
	};

	void Test() {
		D d;
		d.B::_a = 1;
		d.C::_a = 2;
		d._b = 3;
		d._c = 4;
		d._d = 5;
	}

分析上述菱形非虚拟继承对象存储模型，如下：

实例化对象d进行了多继承，其基类B、C为非虚拟继承：

  1. 首先根据其继承的第一个类调用基类的构造，即调用B的构造，B继承了A，因此B再次调用基类A的构造
  2. 其实根据其继承的第二个类调用基类的构造，即调用C的构造，C继承了A，因此C再次调用基类A的构造
  3. 再根据vs内存监视窗口，其虚拟内存，观察其更改顺序，即可的到其非虚拟菱形继承对象存储模型
  4. 从对象存储模型可观察到非虚拟菱形继承中类A，分别在B类C类各有一份，因此造成二义性和数据冗余

3.2 菱形虚拟继承对象存储模型

为了研究虚拟继承原理，再给出一个简化的菱形虚拟继承体系，再借助内存窗口观察对象成员的模型：

	class A {
	public:
		int _a;
	};

	class B : virtual public A{
	public:
		int _b;
	};
	class C : virtual public A{
	public:
		int _c;
	};

	class D :public B, public C {
	public:
		int _d;
	};

	void Test() {
		D d;
		d.B::_a = 1;
		d.C::_a = 2;
		d._a = 0;
		d._b = 3;
		d._c = 4;
		d._d = 5;
	}

分析上述菱形虚拟继承对象存储模型，如下：

 实例化对象d进行了多继承，其基类B、C为虚拟继承，类A为虚基类：

1. 首先根据其继承的第一个类调用其基类的构造，即调用B的构造，B虚拟继承了A，B中指向A的数据就变成了虚基类表的指针，该指针指向一个虚基类表，虚基类表中存储了该指针到公共数据所在内存的偏移量，然后构造B的成员

2. 其次根据其继承的第二个类调用其基类的构造，即调用C的构造，C虚拟继承了A，C中指向A的数据就变成了虚基类表的指针，该指针指向一个虚基类表，虚基类表中存储了该指针到公共数据所在内存的偏移量，然后构造C的成员

3. 最后构造D类的成员变量，此时，实例化对象d，d对象中只有一份数据A，以及其两个基类的虚基类表指针。

 

简单来说：

  • 如果使用非虚拟继承，那么D会从B、C那里继承两份相同的数据。
  • 如果使用虚拟继承，那么那两份相同的数据在D类对象中只会存在一份。而D从B、C那里继承的是它们独有的数据以及B和C的虚基类表指针。通过它们各自的虚基类表指针，就可以获取该指针与那份公共数据存储位置的偏移量，进而可以访问它。

3.3 虚拟继承对象存储模型

当不是菱形状态传递时，有关继承virtual，其虚拟继承的对象存储模型：

	class A {
	public:
		int _a;
	};

	class B : virtual public A{
	public:
		int _b;
	};
	class C : virtual public A{
	public:
		int _c;
	};

	class D :public B, public C {
	public:
		int _d;
	};

	void func(B* bb) {
		cout << bb->_a << endl;
	}
	void Test() {
		D d;
		d.B::_a = 1;
		d.C::_a = 2;
		d._a = 0;
		d._b = 3;
		d._c = 4;
		d._d = 5;
		B b;
		func(&d);
		func(&b);
	}

只要是虚拟继承，编译器都会按照虚基类表指针进行编译，才能保证其子类的传递正确性。

3.4 多对象继承关系分析其虚基类&虚拟化继承位置

当存在多边形对象继承时，其虚基类，一般为最终继承关系中会重复的成员变量所属的类！！！

 从上图继承关系可知，构成菱形继承，E类中会造成A类成员变量二义性，因此，需要将类B、C定义虚拟继承解决其二义性和数据冗余。

5. 继承的总结和反思

  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语言都没有多继承，如Java。
  3. 继承和组合
  •         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。
  •         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。
  •         优先使用对象组合，而不是类继承 。
  •         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。
  •         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。

        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。

	// Car和BMW Car和Benz构成is-a的关系
	class Car {
	protected:
		string _colour = "白色"; // 颜色
		string _num = "陕ABIT00"; // 车牌号
	};

	class BMW : public Car {
	public:
		void Drive() { cout << "好开-操控" << endl; }
	};

	class Benz : public Car {
	public:
		void Drive() { cout << "好坐-舒适" << endl; }
	};

	// Tire和Car构成has-a的关系

	class Tire {
	protected:
		string _brand = "Michelin";  // 品牌
		size_t _size = 17;         // 尺寸

	};

	class Car {
	protected:
		string _colour = "白色"; // 颜色
		string _num = "陕ABIT00"; // 车牌号
		Tire _t; // 轮胎
	};

本文来自互联网用户投稿，该文观点仅代表作者本人，不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如若转载，请注明出处：http://www.coloradmin.cn/o/675346.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符，请联系多彩编程网进行投诉反馈，一经查实，立即删除！

相关文章

Redis原理 - 内存策略

Redis原理 - 内存策略

原文首更地址&#xff0c;阅读效果更佳&#xff01; Redis 本身是一个典型的 key-value 内存存储数据库&#xff0c;因此所有的 key、value 都保存在之前学习过的 Dict 结构中。不过在其 database 结构体中&#xff0c;有两个 Dict &#xff1a;一个用来记录 key-value&#xf…
阅读更多...
【计算机网络详解】——软件定义网络SDN（学习笔记）

【计算机网络详解】——软件定义网络SDN（学习笔记）

目录 &#x1f552; 1. 概念&#x1f552; 2. OpenFlow 协议 &#x1f552; 1. 概念 软件定义网络&#xff08;Software Defined Network&#xff0c;SDN&#xff09;的概念最早由斯坦福大学的Nick McKeown教授于2009年提出。SDN最初只是学术界讨论的一种新型网络体系结构。SD…
阅读更多...
基于JAVA实现的简易学生信息管理系统（附源码）

基于JAVA实现的简易学生信息管理系统（附源码）

一、前言 最近在学习JAVA&#xff0c;这几天跟着网上的视频学完基础知识之后&#xff0c;做了一个学生信息管理系统&#xff0c;写的比较普通&#xff0c;没太大亮点&#xff0c;希望可以给初学者一些参考经验&#xff0c;另外&#xff0c;如有不恰当的地方还请各位指正&am…
阅读更多...
论文解读：End-to-End Object Detection with Transformers

论文解读：End-to-End Object Detection with Transformers

发表时间&#xff1a;2020 论文地址&#xff1a;https://arxiv.org/pdf/2005.12872.pdf 项目地址&#xff1a;https://github.com/facebookresearch/detr 提出了一种将对象检测视为集合预测问题的新方法。我们的方法简化了检测流程&#xff0c;有效地消除了许多手工设计的组件…
阅读更多...
解决跨域问题的两种方案

解决跨域问题的两种方案

说明&#xff1a;跨域是指&#xff0c;在A向B发送请求时&#xff0c;如果A和B的协议、端口号和域名有一个不相同。跨域问题是指&#xff0c;浏览器出于安全&#xff0c;会阻止跨域的异步请求&#xff08;如Ajax&#xff09;&#xff0c;而在分布式的开发环境下&#xff0c;跨域…
阅读更多...
ChatGPT在媒体与娱乐领域的沉浸式场景：虚拟主持人和创意助手的新应用探索

ChatGPT在媒体与娱乐领域的沉浸式场景：虚拟主持人和创意助手的新应用探索

第一章&#xff1a;引言 在当今数字化时代&#xff0c;人工智能技术在媒体与娱乐领域的应用日益广泛。ChatGPT作为一种先进的自然语言处理模型&#xff0c;具备强大的对话生成能力和创造力&#xff0c;为媒体与娱乐产业带来了新的创意和可能性。本文将探讨ChatGPT在媒体与娱乐…
阅读更多...
学了那么长时间的编程，C语言的各种操作符都搞不懂？点开这里有详细的介绍—＞

学了那么长时间的编程，C语言的各种操作符都搞不懂？点开这里有详细的介绍—＞

目录 前言 一、原码、反码、补码的基础概念 1.原码 2.反码 3.补码 二、原码、反码、补码的计算方法 1.原码 2.反码 3.补码 三、算术操作符 四、移位操作符 1. 左移操作符 移位规则&#xff1a; 2. 右移操作符 移位规则&#xff1a; &#xff08;1&#xff09; …
阅读更多...
MySQL 中Relay Log打满磁盘问题的排查方案

MySQL 中Relay Log打满磁盘问题的排查方案

MySQL 中Relay Log打满磁盘问题的排查方案 引言&#xff1a; MySQL Relay Log&#xff08;中继日志&#xff09;是MySQL复制过程中的一个重要组件&#xff0c;它用于将主数据库的二进制日志事件传递给从数据库。然而&#xff0c;当中继日志不断增长并最终占满磁盘空间时&…
阅读更多...
【openGauss数据库审计项配置审计日志维护】--略有小成

【openGauss数据库审计项配置审计日志维护】--略有小成

【openGauss数据库审计项配置&审计日志维护】--略有小成 &#x1f53b; 一、openGauss数据库审计&#x1f530; 1.1 关于openGauss审计功能&#x1f530; 1.2 openGauss审计功能开启&#x1f530; 1.3 配置具体的审计项 &#x1f53b; 二、查看审计结果&#x1f53b; 三、维…
阅读更多...
day13_类中成员之一：构造器

day13_类中成员之一：构造器

由来 我们发现我们new完对象时&#xff0c;所有成员变量都是默认值&#xff0c;如果我们需要赋别的值&#xff0c;需要挨个为它们再赋值&#xff0c;太麻烦了。我们能不能在new对象时&#xff0c;直接为当前对象的某个或所有成员变量直接赋值呢。可以&#xff0c;Java给我们提…
阅读更多...
详解c++---map和set的封装

详解c++---map和set的封装

目录标题 前言红黑树的基本代码map和set的封装红黑树迭代器红黑树迭代器- -begin和end函数代码测试const迭代器方括号的实现 前言 通过之前的学习我们知道set容器中存储的数据是k&#xff0c;map容器中存储的数据是k和v&#xff0c;但是这两个容器底层都是通过红黑树来进行实现…
阅读更多...
blfs：为lfs虚拟机增加桌面01

blfs：为lfs虚拟机增加桌面01

vmware中克隆一份lfs&#xff0c;扩大硬盘分区再操作。 1、硬盘拓展容量&#xff0c;分区挂载到/home&#xff08;已有的大小在后面编译桌面系统会捉襟见肘&#xff09; 使用fdisk进行分区 fdisk /dev/sda 执行p w分区并保存 mkfs -v -t ext4 /dev/sda4 转ext4格式 让/…
阅读更多...
uniapp中使用mixins（混入）

uniapp中使用mixins（混入）

mixins 选项接收一个混入对象的数组。这些混入对象可以像正常的实例对象一样包含实例选项&#xff0c;这些选项将会被合并到最终的选项中&#xff0c;使用的是和 Vue.extend() 一样的选项合并逻辑。也就是说&#xff0c;如果你的混入包含一个 created 钩子&#xff0c;而创建组…
阅读更多...
如何使用ffmpeg将BDMV（m2ts）转换成MKV、MP4等其他格式的文件

如何使用ffmpeg将BDMV（m2ts）转换成MKV、MP4等其他格式的文件

BDMV 是蓝光碟使用的格式。这种格式没有办法使用播放软件播放&#xff0c;必须要用硬盘播放器&#xff0c;也就是专门的设备。但是最经典的 ffmpeg 可以将其转换成其他格式&#xff0c;并且保持相同的码率和清晰度&#xff0c;这样就可以很方便的查看了。 本文使用 macOS 进行…
阅读更多...
加速度计的原理与应用

加速度计的原理与应用

什么是加速度计 加速度计是一种传感器&#xff0c;可以测量物体所受加速的大小和方向。 加速度计的工作原理 传统加速度计利用质量和弹簧的相互作用来感应加速度&#xff0c;当物体收到加速度时&#xff0c;弹簧会发生变形&#xff0c;通过衡量这种变形来测量加速度的大小。 …
阅读更多...
postgresql | 数据库| 生成2000W条的简单测试表

postgresql | 数据库| 生成2000W条的简单测试表

前言&#xff1a; 数据库学习的过程中&#xff0c;很可能需要数据量比较大的表来进行模拟测试&#xff0c;那么&#xff0c;测试表的创建需要遵循的是贴近实际的生产环境&#xff0c;尽量的模仿实际的生产环境。 因此&#xff0c;学习数据库的时候&#xff0c;快速的创建一个…
阅读更多...
chatgpt赋能python：Python求单词长度：基于字符串操作的简单实现

chatgpt赋能python：Python求单词长度：基于字符串操作的简单实现

Python求单词长度&#xff1a;基于字符串操作的简单实现 Python作为一种广泛应用于各个领域的编程语言&#xff0c;其强大的字符串操作功能在文本处理中经常被使用。本篇文章将介绍基于Python的字符串操作实现单词长度的方法。 什么是单词长度 在文本处理中&#xff0c;单词…
阅读更多...
【Redis】1、学习 Redis 的五大基本数据类型【String、Hash、List、Set、SortedSet】

【Redis】1、学习 Redis 的五大基本数据类型【String、Hash、List、Set、SortedSet】

目录 一、NoSQL 和 SQL 区别二、认识 Redis三、Redis 的数据结构介绍四、Redis 通用命令五、String 类型六、key 的格式七、Hash&#xff08;散列&#xff09;类型八、List 类型九、Set 类型十、SortedSet 类型&#xff08;可排序&#xff09; 一、NoSQL 和 SQL 区别 二、认识 …
阅读更多...
macOS Sonoma编译OpenCV源码输出IOS平台库

macOS Sonoma编译OpenCV源码输出IOS平台库

1.macOS下载并编译OpenCV源码: 克隆源码: 主仓: git clone https://github.com/opencv/opencv.git 扩展仓: git clone https://github.com/opencv/opencv_contrib.git 编译xcode源码需要CMake与XCode命令行工具 确认已安装CMake 确认已安装XCode 安装xcode command l…
阅读更多...
UNZIP

UNZIP

目录 搭建环境 做题开始 通过ln直接创建 通过mkdir 后进行ln 搭建环境 这次是在自己的靶机环境里面搭建 cd /var/www/html index.html <!DOCTYPE html> <html lang"en"> <head><meta charset"UTF-8"><title>Title</ti…
阅读更多...
推荐文章
最新文章

Copyright @ 2022~2023