虚函数/继承/虚继承下的内存图

虚函数

概念：虚函数，是指被virtual关键字修饰的成员函数。
作用：函数作为多态的实现方式,重要性毋庸置疑。多态意指相同的消息给予不同的对象会引发不同的动作(一个接口,多种方法)

虚函数的内存模型：虚函数（Virtual Function）是通过虚函数表（Virtual Table，简称为V-Table）来实现的。虚函数表主要存储的是指向一个类的虚函数地址的指针，通过使用虚函数表，继承、覆盖的问题都都得到了解决。

单继承无虚函数覆盖的情况：

#include <iostream>
#include <string>
class Base{
  public:
    virtual void f(){
        std::cout << "Base::f()" << std::endl;
    }
    virtual void g(){
        std::cout << "Base::g()" << std::endl;
    }
    virtual void h(){
        std::cout << "Base::h()" << std::endl;
    }
};

class Derived : public Base{
public:
    virtual void f1(){
        std::cout << "Derived::f1()" << std::endl;
    }
    virtual void g1(){
        std::cout << "Derived::g1()" << std::endl;
    }

    virtual void h1(){
        std::cout << "Derived::h1()" << std::endl;
    }
};

虚函数表：

单继承有虚函数覆盖的情况

#include <iostream>
#include <string>
class Base{
  public:
    virtual void f(){
        std::cout << "Base::f()" << std::endl;
    }
    virtual void g(){
        std::cout << "Base::g()" << std::endl;
    }
    virtual void h(){
        std::cout << "Base::h()" << std::endl;
    }
};

class Derived : public Base{
public:
    virtual void f1(){
        std::cout << "Derived::f1()" << std::endl;
    }
    virtual void g(){
        std::cout << "Derived::g1()" << std::endl;
    }

    virtual void h1(){
        std::cout << "Derived::h1()" << std::endl;
    }
};

虚函数表：

多重继承的情况

#include <iostream>
#include <string>
class Base1
{
public:
    virtual void f(){
        std::cout << "Base1::f()" << std::endl;
    }
    virtual void g(){
        std::cout << "Base1::g()" << std::endl;
    }
    virtual void h(){
        std::cout << "Base1::h()" << std::endl;
    }
};

class Base2
{
public:
    virtual void f(){
        std::cout << "Base2::f()" << std::endl;
    }
    virtual void g(){
        std::cout << "Base2::g()" << std::endl;
    }
    virtual void h(){
        std::cout << "Base2::h()" << std::endl;
    }
};

class Base3
{
public:
    virtual void f(){
        std::cout << "Base3::f()" << std::endl;
    }
    virtual void g(){
        std::cout << "Base3::g()" << std::endl;
    }
    virtual void h(){
        std::cout << "Base3::h()" << std::endl;
    }
};

class Derived : public Base1, public Base2, public Base3
{
public:
    virtual void f(){
        std::cout << "Derived::f()" << std::endl;
    }
    virtual void g1(){
        std::cout << "Derived::g1()" << std::endl;
    }
    virtual void h1(){
        std::cout << "Derived::h1()" << std::endl;
    }
};

虚函数表

继承关系

多层继承的情况

#include <iostream>
#include <string>
class Base
{
public:
    virtual void f(){
        std::cout << "Base::f()" << std::endl;
    }
    virtual void g(){
        std::cout << "Base::g()" << std::endl;
    }
    virtual void h(){
        std::cout << "Base::h()" << std::endl;
    }
};

class Derived : public Base
{
public:
    virtual void f(){
        std::cout << "Derived::f()" << std::endl;
    }
    virtual void g1(){
        std::cout << "Derived::g1()" << std::endl;
    }
};

class DDerived : public Derived
{
public:
    virtual void f(){
        std::cout << "DDerived::f()" << std::endl;
    }
    virtual void h(){
        std::cout << "DDerived::h()" << std::endl;
    }
    virtual void g2(){
        std::cout << "DDerived::g2()" << std::endl;
    }
};

int main(int argc, char* argv[])
{
    DDerived dd;
    dd.f();
}

继承关系：
虚函数表：

虚继承模型

菱形继承问题：C++的多继承是指从多个直接基类中产生派生类的能力，多继承的派生类继承了所有父类的成员。从概念上来讲这是非常简单的，但是多个基类的相互交织可能会带来错综复杂的设计问题，命名冲突就是不可回避的一个，比如典型的是菱形继承，如图所示：

代码：

#include <iostream>
#include <stdint.h>
class A{
public:
    long a;
};

class B: public {
public:
    long b;
};


class C: public A{
public:
    long c;
};

class D: public B, public C{
public:
    void seta(long v) { a = v; } // 命名冲突
    void setb(long v) { b = v; } // 正确
    void setc(long v) { c = v; } // 正确
    void setd(long v) { d = v; } // 正确

private:
    long d;
};

int main(int argc, char* argv[])
{
    D d;
}

变量(类型为D)d的内存布局，如下图所示:

为了解决多继承时命名冲突和冗余数据的问题，C++提出了虚继承这个概念，虚继承可以使得在派生类中只保留一份间接基类的成员。使用方式就是在继承方式前面加上virtual关键字修饰，示例代码如下（基于前面的例子修改）：

#include <iostream>
#include <stdint.h>
class A{
public:
    long a;
};

class B: virtual public A{
public:
    long b;
};


class C: virtual public A{
public:
    long c;
};

class D: public B, public C{
public:
    void seta(long v) { a = v; } // 现在不会冲突了
    void setb(long v) { b = v; } // 正确
    void setc(long v) { c = v; } // 正确
    void setd(long v) { d = v; } // 正确

private:
    long d;
};

int main(int argc, char* argv[]){
    D d;
}

继承图：

类B的内存布局:

类D的内存布局：

posted @ 2024-10-08 15:45 daligh 阅读(5) 评论(0) 编辑收藏举报

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