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重复继承

下面我们再来看看，发生重复继承的情况。所谓重复继承，也就是某个基类被间接地重复继承了多次。

下图是一个继承图，我们重载了父类的f()
函数。

C++ 对象的内存布局(下)

其类继承的源代码如下所示。其中，每个类都有两个变量，一个是整形（4
字节），一个是字符（1
字节），而且还有自己的虚函数，自己overwrite
父类的虚函数。如子类D
中，f()
覆盖了超类的函数， f1()
和f2()
覆盖了其父类的虚函数，Df()
为自己的虚函数。

class
B

{

public
:

int
ib;

char
cb;

public
:

B():ib(
0
),cb(
'B'
) {}

virtual

void
f() { cout <<
"B::f()"
<< endl;}

virtual

void
Bf() { cout <<
"B::Bf()"
<< endl;}

};

class
B1 :

public
B

{

public
:

int
ib1;

char
cb1;

public
:

B1():ib1(
11
),cb1(
'1'
) {}

virtual

void
f() { cout <<
"B1::f()"
<< endl;}

virtual

void
f1() { cout <<
"B1::f1()"
<< endl;}

virtual

void
Bf1() { cout <<
"B1::Bf1()"
<< endl;}

};

class
B2:

public
B

{

public
:

int
ib2;

char
cb2;

public
:

B2():ib2(
12
),cb2(
'2'
) {}

virtual

void
f() { cout <<
"B2::f()"
<< endl;}

virtual

void
f2() { cout <<
"B2::f2()"
<< endl;}

virtual

void
Bf2() { cout <<
"B2::Bf2()"
<< endl;}

};

class
D :
public
B1,
public
B2

{

public
:

int
id;

char
cd;

public
:

D():id(
100
),cd(
'D'
) {}

virtual

void
f() { cout <<
"D::f()"
<< endl;}

virtual

void
f1() { cout <<
"D::f1()"
<< endl;}

virtual

void
f2() { cout <<
"D::f2()"
<< endl;}

virtual

void
Df() { cout <<
"D::Df()"
<< endl;}

};

我们用来存取子类内存布局的代码如下所示：（在VC++ 2003
和G++ 3.4.4
下）

typedef

void
(*Fun)(
void
);

int
** pVtab = NULL;

Fun pFun = NULL;

D d;

pVtab = (
int
**)&d;

cout <<
"[0] D::B1::_vptr->"
<< endl;

pFun = (Fun)pVtab[
0
][
0
];

    cout <<
"
     [0] "
;

  pFun();

pFun = (Fun)pVtab[
0
][
1
];

    cout <<
"
     [1] "
;
    pFun();

pFun = (Fun)pVtab[
0
][
2
];

    cout <<
"
     [2] "
;
    pFun();

pFun = (Fun)pVtab[
0
][
3
];

    cout <<
"
     [3] "
;
    pFun();

pFun = (Fun)pVtab[
0
][
4
];

    cout <<
"
     [4] "
;
    pFun();

pFun = (Fun)pVtab[
0
][
5
];

cout <<
"
[5] 0x"
<< pFun << endl;

cout <<
"[1] B::ib = "
<< (
int
)pVtab[
1
] << endl;

cout <<
"[2] B::cb = "
<< (
char
)pVtab[
2
] << endl;

cout <<
"[3] B1::ib1 = "
<< (
int
)pVtab[
3
] << endl;

cout <<
"[4] B1::cb1 = "
<< (
char
)pVtab[
4
] << endl;

cout <<
"[5] D::B2::_vptr->"
<< endl;

pFun = (Fun)pVtab[
5
][
0
];

    cout <<
"
     [0] "
;
    pFun();

pFun = (Fun)pVtab[
5
][
1
];

    cout <<
"
     [1] "
;
    pFun();

pFun = (Fun)pVtab[
5
][
2
];

    cout <<
"
     [2] "
;
    pFun();

pFun = (Fun)pVtab[
5
][
3
];

    cout <<
"
     [3] "
;
    pFun();

pFun = (Fun)pVtab[
5
][
4
];

cout <<
"
[4] 0x"
<< pFun << endl;

cout <<
"[6] B::ib = "
<< (
int
)pVtab[
6
] << endl;

cout <<
"[7] B::cb = "
<< (
char
)pVtab[
7
] << endl;

cout <<
"[8] B2::ib2 = "
<< (
int
)pVtab[
8
] << endl;

cout <<
"[9] B2::cb2 = "
<< (
char
)pVtab[
9
] << endl;

cout <<
"[10] D::id = "
<< (
int
)pVtab[
10
] << endl;

cout <<
"[11] D::cd = "
<< (
char
)pVtab[
11
] << endl;

程序运行结果如下：


GCC 3.4.4	VC++ 2003
[0] D::B1::_vptr-> [0] D::f() [1] B::Bf() [2] D::f1() [3] B1::Bf1() [4] D::f2() [5] 0x1 [1] B::ib = 0 [2] B::cb = B [3] B1::ib1 = 11 [4] B1::cb1 = 1 [5] D::B2::_vptr-> [0] D::f() [1] B::Bf() [2] D::f2() [3] B2::Bf2() [4] 0x0 [6] B::ib = 0 [7] B::cb = B [8] B2::ib2 = 12 [9] B2::cb2 = 2 [10] D::id = 100 [11] D::cd = D	[0] D::B1::_vptr-> [0] D::f() [1] B::Bf() [2] D::f1() [3] B1::Bf1() [4] D::Df() [5] 0x00000000 [1] B::ib = 0 [2] B::cb = B [3] B1::ib1 = 11 [4] B1::cb1 = 1 [5] D::B2::_vptr-> [0] D::f() [1] B::Bf() [2] D::f2() [3] B2::Bf2() [4] 0x00000000 [6] B::ib = 0 [7] B::cb = B [8] B2::ib2 = 12 [9] B2::cb2 = 2 [10] D::id = 100 [11] D::cd = D

下面是对于子类实例中的虚函数表的图：

C++ 对象的内存布局(下)

我们可以看见，最顶端的父类B
其成员变量存在于B1
和B2
中，并被D
给继承下去了。而在D
中，其有B1
和B2
的实例，于是B
的成员在D
的实例中存在两份，一份是B1
继承而来的，另一份是B2
继承而来的。所以，如果我们使用以下语句，则会产生二义性编译错误：

D d;

d.ib = 0;

//
二义性错误

d.B1::ib = 1;

//
正确

d.B2::ib = 2;

//
正确

注意，上面例程中的最后两条语句存取的是两个变量。虽然我们消除了二义性的编译错误，但B
类在D
中还是有两个实例，这种继承造成了数据的重复，我们叫这种继承为重复继承。重复的基类数据成员可能并不是我们想要的。所以，C++
引入了虚基类的概念。

钻石型多重虚拟继承

虚拟继承的出现就是为了解决重复继承中多个间接父类的问题的。钻石型的结构是其最经典的结构。也是我们在这里要讨论的结构：

上述的“重复继承”只需要把B1
和B2
继承B
的语法中加上virtual
关键，就成了虚拟继承，其继承图如下所示：

C++ 对象的内存布局(下)

上图和前面的“重复继承”中的类的内部数据和接口都是完全一样的，只是我们采用了虚拟继承：其省略后的源码如下所示：

class
B {
……
};

class
B1 : virtual

public
B{
……
};

class
B2: virtual

public
B{
……
};

class
D :
public
B1,
public
B2{
……
};

在查看D
之前，我们先看一看单一虚拟继承的情况。下面是一段在VC++2003
下的测试程序：（因为VC++
和GCC
的内存而局上有一些细节上的不同，所以这里只给出VC++
的程序，GCC
下的程序大家可以根据我给出的程序自己仿照着写一个去试一试）：

int
** pVtab = NULL;

Fun pFun = NULL;

B1 bb1;

pVtab = (
int
**)&bb1;

cout <<
"[0] B1::_vptr->"
<< endl;

pFun = (Fun)pVtab[
0
][
0
];

cout <<
"
[0] "
;

pFun();
//B1::f1();

cout <<
"
[1] "
;

pFun = (Fun)pVtab[
0
][
1
];

pFun();
//B1::bf1();

cout <<
"
[2] "
;

cout << pVtab[
0
][
2
] << endl;

cout <<
"[1] = 0x"
;

cout << (
int
*)*((
int
*)(&bb1)+
1
) <<endl;
//B1::ib1

cout <<
"[2] B1::ib1 = "
;

cout << (
int
)*((
int
*)(&bb1)+
2
) <<endl;
//B1::ib1

cout <<
"[3] B1::cb1 = "
;

cout << (
char
)*((
int
*)(&bb1)+
3
) << endl;
//B1::cb1

cout <<
"[4] = 0x"
;

cout << (
int
*)*((
int
*)(&bb1)+
4
) << endl;
//NULL

cout <<
"[5] B::_vptr->"
<< endl;

pFun = (Fun)pVtab[
5
][
0
];

cout <<
"
[0] "
;

pFun();
//B1::f();

pFun = (Fun)pVtab[
5
][
1
];

cout <<
"
[1] "
;

pFun();
//B::Bf();

cout <<
"
[2] "
;

cout <<
"0x"
<< (Fun)pVtab[
5
][
2
] << endl;

cout <<
"[6] B::ib = "
;

cout << (
int
)*((
int
*)(&bb1)+
6
) <<endl;
//B::ib

cout <<
"[7] B::cb = "
;

其运行结果如下（我结出了GCC
的和VC++2003
的对比）：


GCC 3.4.4	VC++ 2003
[0] B1::_vptr -> [0] : B1::f() [1] : B1::f1() [2] : B1::Bf1() [3] : 0 [1] B1::ib1 : 11 [2] B1::cb1 : 1 [3] B::_vptr -> [0] : B1::f() [1] : B::Bf() [2] : 0 [4] B::ib : 0 [5] B::cb : B [6] NULL : 0	[0] B1::_vptr-> [0] B1::f1() [1] B1::Bf1() [2] 0 [1] = 0x00454310 ç该地址取值后是-4 [2] B1::ib1 = 11 [3] B1::cb1 = 1 [4] = 0x00000000 [5] B::_vptr-> [0] B1::f() [1] B::Bf() [2] 0x00000000 [6] B::ib = 0 [7] B::cb = B

这里，大家可以自己对比一下。关于细节上，我会在后面一并再说。

下面的测试程序是看子类D
的内存布局，同样是VC++ 2003
的（因为VC++
和GCC
的内存布局上有一些细节上的不同，而VC++
的相对要清楚很多，所以这里只给出VC++
的程序，GCC
下的程序大家可以根据我给出的程序自己仿照着写一个去试一试）：

D d;

pVtab = (
int
**)&d;

cout <<
"[0] D::B1::_vptr->"
<< endl;

pFun = (Fun)pVtab[
0
][
0
];

    cout <<
"
     [0] "
;
    pFun();
//D::f1();

pFun = (Fun)pVtab[
0
][
1
];

    cout <<
"
     [1] "
;
    pFun();
//B1::Bf1();

pFun = (Fun)pVtab[
0
][
2
];

    cout <<
"
     [2] "
;
    pFun();
//D::Df();

pFun = (Fun)pVtab[
0
][
3
];

cout <<
"
[3] "
;

cout << pFun << endl;

//cout << pVtab[4][2] << endl;

cout <<
"[1] = 0x"
;

cout <<
(
int
*)((&dd)+
1
) <<endl;
//????

cout <<
"[2] B1::ib1 = "
;

cout << *((
int
*)(&dd)+
2
) <<endl;
//B1::ib1

cout <<
"[3] B1::cb1 = "
;

cout << (
char
)*((
int
*)(&dd)+
3
) << endl;
//B1::cb1

//———————

cout <<
"[4] D::B2::_vptr->"
<< endl;

pFun = (Fun)pVtab[
4
][
0
];

    cout <<
"
     [0] "
;
    pFun();
//D::f2();

pFun = (Fun)pVtab[
4
][
1
];

    cout <<
"
     [1] "
;
    pFun();
//B2::Bf2();

pFun = (Fun)pVtab[
4
][
2
];

cout <<
"
[2] "
;

cout << pFun << endl;

cout <<
"[5] = 0x"
;

cout << *((
int
*)(&dd)+
5
) << endl;
// ???

cout <<
"[6] B2::ib2 = "
;

cout << (
int
)*((
int
*)(&dd)+
6
) <<endl;
//B2::ib2

cout <<
"[7] B2::cb2 = "
;

cout << (
char
)*((
int
*)(&dd)+
7
) << endl;
//B2::cb2

cout <<
"[8] D::id = "
;

cout << *((
int
*)(&dd)+
8
) << endl;
//D::id

cout <<
"[9] D::cd = "
;

cout << (
char
)*((
int
*)(&dd)+
9
) << endl;
//D::cd

cout <<
"[10]
= 0x"
;

cout << (
int
*)*((
int
*)(&dd)+
10
) << endl;

//———————

cout <<
"[11] D::B::_vptr->"
<< endl;

pFun = (Fun)pVtab[
11
][
0
];

    cout <<
"
     [0] "
;
    pFun();
//D::f();

pFun = (Fun)pVtab[
11
][
1
];

    cout <<
"
     [1] "
;
    pFun();
//B::Bf();

pFun = (Fun)pVtab[
11
][
2
];

cout <<
"
[2] "
;

cout << pFun << endl;

cout <<
"[12] B::ib = "
;

cout << *((
int
*)(&dd)+
12
) << endl;
//B::ib

cout <<
"[13] B::cb = "
;

cout << (
char
)*((
int
*)(&dd)+
13
) <<endl;
//B::cb

下面给出运行后的结果（分VC++
和GCC
两部份）

GCC 3.4.4

VC++ 2003

[0] B1::_vptr -> [0] : D::f() [1] : D::f1() [2] : B1::Bf1() [3] : D::f2() [4] : D::Df() [5] : 1 [1] B1::ib1 : 11 [2] B1::cb1 : 1 [3] B2::_vptr -> [0] : D::f() [1] : D::f2() [2] : B2::Bf2() [3] : 0 [4] B2::ib2 : 12 [5] B2::cb2 : 2 [6] D::id : 100 [7] D::cd : D [8] B::_vptr -> [0] : D::f() [1] : B::Bf() [2] : 0 [9] B::ib : 0 [10] B::cb : B [11] NULL : 0

[0] D::B1::_vptr-> [0] D::f1() [1] B1::Bf1() [2] D::Df() [3] 00000000 [1] = 0x0013FDC4 ç 该地址取值后是-4 [2] B1::ib1 = 11 [3] B1::cb1 = 1 [4] D::B2::_vptr-> [0] D::f2() [1] B2::Bf2() [2] 00000000 [5] = 0x4539260 ç 该地址取值后是-4 [6] B2::ib2 = 12 [7] B2::cb2 = 2 [8] D::id = 100 [9] D::cd = D [10] = 0x00000000 [11] D::B::_vptr-> [0] D::f() [1] B::Bf() [2] 00000000 [12] B::ib = 0 [13] B::cb = B

关于虚拟继承的运行结果我就不画图了（前面的作图已经让我产生了很严重的厌倦感，所以就偷个懒了，大家见谅了）

在上面的输出结果中，我用不同的颜色做了一些标明。我们可以看到如下的几点：

1）
无论是GCC
还是VC++
，除了一些细节上的不同，其大体上的对象布局是一样的。也就是说，先是B1
（黄色），然后是B2
（绿色），接着是D
（灰色），而B
这个超类（青蓝色）的实例都放在最后的位置。

2）
关于虚函数表，尤其是第一个虚表，GCC
和VC++
有很重大的不一样。但仔细看下来，还是VC++
的虚表比较清晰和有逻辑性。

3）VC++
和GCC
都把B
这个超类放到了最后，而VC++
有一个NULL
分隔符把B
和B1
和B2
的布局分开。GCC
则没有。

4）VC++
中的内存布局有两个地址我有些不是很明白，在其中我用红色标出了。取其内容是-4
。接道理来说，这个指针应该是指向B
类实例的内存地址（这个做法就是为了保证重复的父类只有一个实例的技术）。但取值后却不是。这点我目前还并不太清楚，还向大家请教。

5）GCC
的内存布局中在B1
和B2
中则没有指向B
的指针。这点可以理解，编译器可以通过计算B1
和B2
的size
而得出B
的偏移量。

结束语

C++
这门语言是一门比较复杂的语言，对于程序员来说，我们似乎永远摸不清楚这门语言背着我们在干了什么。需要熟悉这门语言，我们就必需要了解C++
里面的那些东西，需要我们去了解他后面的内存对象。这样我们才能真正的了解C++
，从而能够更好的使用C++
这门最难的编程语言。

{{userData.name}}已认证

C++ 对象的内存布局(下)

重复继承

钻石型多重虚拟继承

结束语

C++迭代器

如何提高编写代码的速度？

{{userData.name}}已认证

重复继承

钻石型多重虚拟继承

结束语

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