C++ 深入理解 虚继承、多重继承和直接继承

【摘要】

本文从5段代码实例出发，通过类中类的普通继承，类的虚继承，类的多重继承，多个虚函数类的普通继承、虚继承与多重继承，几个交叉概念，详细的阐释了继承、虚函数与虚继承的基本概念，深入剖析了继承于虚继承的区别于联系。

【Exp.001-虚继承】

#include <stdio.h>

class A {
public:
    int a;
};//sizeof(A)=4

class B : virtual public A {
public:
　　int b;
};//sizeof(B)=4(A副本)+4(虚表指针)+4(自己变量)=12

class C : virtual public B {
};//sizeof(c)= 12(B副本)+4(虚表指针) = 16，如果这里改为直接继承，那么sizeof(c)=12

int main() {
    printf("%d\n", sizeof(C));
    return 0;
}

 

解析：这里需要理解虚继承基类对派生类的空间大小的影响，理解虚指针在虚继承中为子类带来了哪些空间的改变。

【Exp.002-多重继承】

 

#include <stdio.h>

class A {
public:
    int a;
};//sizeof(A) = 4

class B : virtual public A {
};// sizeof(B) =4+4=8

class C : virtual public A {
};//sizeof(C) =4+4=8

class D : public B, public C{
};
//sizeof(D)=8+8-4=12 这里需要注意要减去4，因为B和C同时继承A，只需要保存一个A的副本就好了，sizeof(D)=4(A的副本)+4(B的虚表)+4(C的虚表)=12

int main() {
    printf("%d\n", sizeof(D));
    return 0;
}

解析：这里需要关注 class D 的数据空间大小，理解多重虚继承对派生类虚指针以及派生类空间的影响。

【Exp.003-普通继承（含有：空类、虚函数）】

 

class A
{
};

class B
{
    char ch;
    virtual void func0()  {  }
};

class C
{
    char ch1;
    char ch2;
    virtual void func()  {  }
    virtual void func1()  {  }
};

class D: public A, public C
{
    int d;
    virtual void func()  {  }
    virtual void func1()  {  }
};

class E: public B, public C
{
    int e;
    virtual void func0()  {  }
    virtual void func1()  {  }
};

int main(void)
{
    cout<<"A="<<sizeof(A)<<endl;//result=1  空类所占空间的大小为 1
    cout<<"B="<<sizeof(B)<<endl;//result=8  1+4   对齐 8
    cout<<"C="<<sizeof(C)<<endl;//result=8  1+1+4 对齐 8
    cout<<"D="<<sizeof(D)<<endl;//result=12 C的副本+D本身=8+4=12
    cout<<"E="<<sizeof(E)<<endl;//result=20 B的副本+C的副本+E本身=8+8+4=20
    return 0;
}

这里需要区分一下：

①没有继承的时候，存在虚函数则需要加上虚指针，如果有多个也只需要加上一个，因为只有一个虚指针；

②对于普通继承，类D和类E中自己的虚函数，大小为0，因为，它没有虚表；

③对于虚继承中，派生类中存在一个或多个虚函数的时候，它本身就有一个虚表，指向自己的虚表，所以要加4。

【Exp.004-虚继承（多重继承和虚函数）】

 

class CommonBase
{
    int co;
};// size = 4

class Base1: virtual public CommonBase
{
public:
    virtual void print1() {  }
    virtual void print2() {  }
private:
    int b1;
};//4副本+4虚指针+4自身+4(虚继承+虚函数构成指针多一个)=16


class Base2: virtual public CommonBase
{
public:
    virtual void dump1() {  }
    virtual void dump2() {  }
private:
    int b2;
};//同理16

class Derived: public Base1, public Base2
{
public:
    void print2() {  }
    void dump2() {  }
private:
    int d;
};//16+16-4+4=32

解析：如果不是虚继承的类，即便有虚函数也不会因此增加存储空间，如果是虚继承的类，没有虚函数就添加一个虚指针空间，有虚函数不论多少个，就添加两个虚指针空间。

【Exp.005-虚继承与虚函数】

 

class A
{
public:
    virtual void aa() {  }
    virtual void aa2() {  }
private:
    char ch[3];
}; // 1+4 = 补齐 = 8

class B: virtual public A
{
public:
    virtual void bb() {  }
    virtual void bb2() {  }
}; // 8（副本）+4(虚继承)+4（虚指针） = 16

int main(void)
{
    cout<<"A's size is "<<sizeof(A)<<endl;//        4+4=8
    cout<<"B's size is "<<sizeof(B)<<endl;//        A的副本+4+4=16
    return 0;
}

解析：如果不是虚继承的类，即便有虚函数也不会因此增加存储空间，如果是虚继承的类，没有虚函数就添加一个虚指针空间，有虚函数不论多少个，就添加两个虚指针空间。

【小结】

重要的事情讲三遍！！！

如果不是虚继承的类，即便有虚函数也不会因此增加存储空间，如果是虚继承的类，没有虚函数就添加一个虚指针空间，有虚函数不论多少个，就添加两个虚指针空间！！！