在课程“多重继承”中我们曾以“菱形继承问题”作结。本节将继续深入讨论这一话题。
注意：本节属于进阶内容，可按需跳过或略读。
一、菱形继承问题
下列示例（补充了构造函数）展示了菱形继承：
#include <iostream>
class PoweredDevice
{
public:
PoweredDevice(int power)
{
std::cout << "PoweredDevice: " << power << '\n';
}
};
class Scanner : public PoweredDevice
{
public:
Scanner(int scanner, int power)
: PoweredDevice{ power }
{
std::cout << "Scanner: " << scanner << '\n';
}
};
class Printer : public PoweredDevice
{
public:
Printer(int printer, int power)
: PoweredDevice{ power }
{
std::cout << "Printer: " << printer << '\n';
}
};
class Copier : public Scanner, public Printer
{
public:
Copier(int scanner, int printer, int power)
: Scanner{ scanner, power }, Printer{ printer, power }
{
}
};
你或许期望继承图如下：
然而，默认情况下，创建 Copier 对象会得到 两份 PoweredDevice 子对象——分别来自 Scanner 与 Printer：
简短示例验证：
int main()
{
Copier copier{ 1, 2, 3 };
return 0;
}
输出：
PoweredDevice: 3
Scanner: 1
PoweredDevice: 3
Printer: 2
可见 PoweredDevice 被构造两次。
有时这正是所需行为；另一些场合则希望 Scanner 与 Printer 共享 一份 PoweredDevice。
二、虚基类
要使基类共享，只需在继承列表中加入 virtual 关键字，形成所谓 虚基类。此时继承树中只有一份基类对象，且仅构造一次。下面给出简化示例：
class PoweredDevice { };
class Scanner : virtual public PoweredDevice { };
class Printer : virtual public PoweredDevice { };
class Copier : public Scanner, public Printer { };
现在创建 Copier 对象，每个 Copier 仅含一份共享的 PoweredDevice。
但新问题随之产生：若 Scanner、Printer 共享 PoweredDevice，谁来负责构造？答案是 最派生类 Copier。Copier 构造函数可直接调用非直接基类 PoweredDevice 的构造函数：
#include <iostream>
class PoweredDevice
{
public:
PoweredDevice(int power)
{
std::cout << "PoweredDevice: " << power << '\n';
}
};
class Scanner : virtual public PoweredDevice // PoweredDevice 现为虚基类
{
public:
Scanner(int scanner, int power)
: PoweredDevice{ power } // 创建 Scanner 对象时需写此语句，但实例化 Copier 时会被忽略
{
std::cout << "Scanner: " << scanner << '\n';
}
};
class Printer : virtual public PoweredDevice // PoweredDevice 现为虚基类
{
public:
Printer(int printer, int power)
: PoweredDevice{ power } // 创建 Printer 对象时需写此语句，但实例化 Copier 时会被忽略
{
std::cout << "Printer: " << printer << '\n';
}
};
class Copier : public Scanner, public Printer
{
public:
Copier(int scanner, int printer, int power)
: PoweredDevice{ power }, // 由 Copier 构造 PoweredDevice
Scanner{ scanner, power }, Printer{ printer, power }
{
}
};
再次运行：
int main()
{
Copier copier{ 1, 2, 3 };
return 0;
}
输出：
PoweredDevice: 3
Scanner: 1
Printer: 2
PoweredDevice 仅构造一次。
三、关键细节补充
- 构造顺序：对最派生类，虚基类总是先于非虚基类构造，确保所有基类在其派生类之前完成构造。
- 子对象忽略规则：尽管
Scanner与Printer构造函数仍包含对PoweredDevice的调用，但当实例化Copier时，这些调用被忽略——由Copier负责构造PoweredDevice。若直接实例化Scanner或Printer，则仍按普通继承规则执行构造函数。 - 最派生类责任：若某类继承了一个或多个拥有虚父类的类，则该类（最派生类）负责构造虚基类。即使单继承亦然：若
Copier仅继承Printer，而Printer虚继承自PoweredDevice，Copier仍需构造PoweredDevice。 - 虚表开销：所有继承虚基类的类都会拥有虚表（即使原本无需），因此对象大小额外增加一个指针。
- 子对象定位：由于
Scanner与Printer均虚继承自PoweredDevice，Copier仅含一份PoweredDevice子对象。Scanner、Printer需知道如何找到这唯一子对象，通常通过虚表机制存储到PoweredDevice子对象的偏移量实现。
