【编程语言】如何解决菱形继承问题

来源：互联网发布：linux 查看压缩包目录编辑：程序博客网时间：2024/04/26 15:33

继承、封装和多态是面向程序设计(OOP)的三大特点，而它们三者之中最具实际操作性的当属继承。通过继承可以实现简单功能的组合和定制，而多重继承更将这种能力发挥到更高的境界。不过事事都有弊端，如果使用多重继承不当很容易造成菱形继承问题(diamond problem)。Bjarne Stroustrup用下面这个例子描述菱形继承问题：

class storable //this is the our base class inherited by transmitter and receiver classes  
{  
public:  
        virtual void read();  
        virtual void write();   
private:  
        ....  
}  
  
class transmitter: public storable   
{  
public:  
        void write();  
        ...  
}   
  
class receiver: public storable  
{  
public:  
        void read();  
        ...  
}  
  
class radio: public transmitter, public receiver  
{  
public:  
        void read();  
        ....  
}  

transmitter和receiver都从storable派生而来，而radio则从transmitter和receiver派生而来，是最终派生类。这样的继承关系很特殊，因为从storable到radio存在两条不同的路径，即radio将从两条不同的继承路径获得storable的成员。如果不采取措施应对菱形继承问题的话，编译程序时将收到许多二义性的错误提示。如在上述示例中，如果radio类的对象调用write()方法，编译器将无法确定应当调用transmitter中的write()方法或是receiver中的write()方法。解决的方法很简单：只需在transmiiter和receiver类的继承列表前添加virtual关键字即可，如下列代码所示：

class storable  
{  
public:  
    int istorable;  
    virtual void read()  
    {  
        cout<<"read() in storable called.\n";  
    }  
    virtual void write()  
    {  
        cout<<"write() int storable called.\n";  
    }  
};  
// class transmitter  
class transmitter : virtual public storable  
{  
public:  
    int itransmitter;  
    void read()  
    {  
        cout<<"read() in transmitter called.\n";  
    }  
};  
// class receiver  
class receiver : virtual public storable  
{  
public:  
    int ireiceiver;  
    void write()  
    {  
        cout<<"write() in receiver called.\n";  
    }  
};  
// class radio  
class radio : public transmitter, public receiver  
{  
public:  
    int iradio;  
};  

为了方便描述使用虚拟继承后radio类对象的内存布局，我在各类中都增加了一个整型的成员变量。

现在编写主函数来打印radio类对象的内存布局，代码如下所示：

typedef void (*FUN)();  
// main function  
int main()  
{  
    radio r;  
    r.istorable = 1;  
    r.itransmitter = 2;  
    r.ireiceiver = 3;  
    r.iradio = 4;  
    cout<<"address of r:"<<(INT_PTR*)&r<<endl;  
    cout<<"vbtab of transmitter:\n";  
    cout<<"  [1] "<<((INT_PTR*)(*(INT_PTR*)&r))[0]<<endl;  
    cout<<"  [2] "<<((INT_PTR*)(*(INT_PTR*)&r))[1]<<endl;  
    cout<<"itransmitter = "<<*((INT_PTR*)&r + 1)<<endl;  
    cout<<"vbtab of receiver:\n";  
    cout<<"  [1] "<<((INT_PTR*)*((INT_PTR*)&r + 2))[0]<<endl;  
    cout<<"  [2] "<<((INT_PTR*)*((INT_PTR*)&r + 2))[1]<<endl;  
    cout<<"ireiceiver = "<<*((INT_PTR*)&r + 3)<<endl;  
    cout<<"iradio = "<<*((INT_PTR*)&r + 4)<<endl;  
    cout<<"address of storable part:"<<(INT_PTR*)((char*)&r + ((INT_PTR*)(*(INT_PTR*)&r))[1])<<endl;  
    cout<<"_vptr of storable:"<<(INT_PTR*)*(INT_PTR*)((char*)&r + ((INT_PTR*)(*(INT_PTR*)&r))[1])<<endl;  
    cout<<"  [1] "<<(INT_PTR*)*(INT_PTR*)*(INT_PTR*)((char*)&r + ((INT_PTR*)(*(INT_PTR*)&r))[1])<<"  ";  
    ((FUN)(*(INT_PTR*)*(INT_PTR*)((char*)&r + ((INT_PTR*)(*(INT_PTR*)&r))[1])))();  
    cout<<"  [2] "<<(INT_PTR*)*((INT_PTR*)*(INT_PTR*)((char*)&r + ((INT_PTR*)(*(INT_PTR*)&r))[1]) + 1)<<"  ";  
    ((FUN)*((INT_PTR*)*(INT_PTR*)((char*)&r + ((INT_PTR*)(*(INT_PTR*)&r))[1]) + 1))();  
    cout<<"istorable = "<<*((INT_PTR*)((char*)&r + ((INT_PTR*)(*(INT_PTR*)&r))[1]) + 1)<<endl;  
    system("pause");  
    return 0;  
}  

运行结果如下所示：

address of r:0021F73C  
vbtab of transmitter:  
  [1] 0  
  [2] 20  
itransmitter = 2  
vbtab of receiver:  
  [1] 0  
  [2] 12  
ireiceiver = 3  
iradio = 4  
address of storable part:0021F750  
_vptr of storable:002F790C  
  [1] 002F12A8  read() in transmitter called.  
  [2] 002F100F  write() in receiver called.  
istorable = 1  
请按任意键继续. . .  

从上面的结果不难看出，VC++编译器引入虚基类表(virtual base table)来解决菱形继承问题。这样做避免了菱形继承造成的二义性以及内存浪费问题，但增加了内存布局的复杂性，此外引入新的虚基类表又不可避免使用指针进行数据的存取，这将降低程序的执行效率。