虚きょ继承

对于继承概念がいねん中ちゅう的てき虚きょ函数かんすう，请参阅虚きょ函数かんすう。

虚きょ继承 是これ面めん向こう对象编程中なか的てき一いち种技术，是ぜ指ゆび一个指定的基类，在ざい继承体系たいけい结构中ちゅう，将はた其成员数据すえ实例共ども享とおる给也从这个基类型直接ちょくせつ或ある间接派生はせい的てき其它类。

举例来らい说：假かり如类A和かず类B各自かくじ从类X派生はせい（非ひ虚きょ继承且假设类X包含ほうがん一些数据成员），且类C同どう时多た继承自じ类A和わB，那な么C的てき对象就会拥有两套X的てき实例数すう据すえ（可分かぶん别独立どくりつ访问，一般要用适当的消歧义限定符）。但ただし是ぜ如果类A与あずかB各自かくじ虚きょ继承了りょう类X，那な么C的てき对象就只包含ほうがん一いち套类X的てき实例数すう据すえ。对于这一概念典型实现的编程语言是C++。

这一特性とくせい在ざい多重たじゅう继承应用中ちゅう非常ひじょう有用ゆうよう，可か以使得とく虚きょ基もと类对于由它直接ちょくせつ或ある间接派生はせい的てき类来说，拥有一个共同的基类对象实例。避免由よし于带有ゆう歧义的てき组合而产生せい的てき问题（如“菱形ひしがた继承问题”）。其原そのはら理り是ぜ，间接派生はせい类（C）穿ほじ透とおる了りょう其父类（上面うわつら例れい子中こなか的てきA与あずかB），实质上じょう直接ちょくせつ继承了りょう虚きょ基もと类X。

这一概念がいねん一般いっぱん用よう于“继承”在ざい表ひょう现为一いち个整体せいたい，而非几个部分ぶぶん的てき组合时。在ざいC++中ちゅう，基き类可以通过使用しよう关键字じvirtual来らい声明せいめい虚きょ继承关系。

问题的てき产生

考こう虑下面めん的てき类的层次和わ关系。

class Animal {
 public:
  virtual void eat();
};

class Mammal : public Animal {
 public:
  virtual void breathe();
};

class WingedAnimal : public Animal {
 public:
  virtual void flap();
};

// A bat is a winged mammal
class Bat : public Mammal, public WingedAnimal {
};

Bat bat;

按照上面うわつら的てき定てい义，调用bat.eat()是ぜ有ゆう歧义的てき，因いん为在Bat中有ちゅうう两个Animal基もと类（间接的てき），所以ゆえん所有しょゆう的てきBat对象都と有ゆう两个不同ふどう的てきAnimal基もと类的子こ对象。因よし此，尝试直接ちょくせつ引用いんようBat对象的てきAnimal子こ对象会かい导致错误，因いん为该继承是ぜ有ゆう歧义的てき：

Bat b;
Animal &a = b; // error: which Animal subobject should a Bat cast into, 
               // a Mammal::Animal or a WingedAnimal::Animal?

要よう消けし除じょ歧义，需要じゅよう显式的てき将しょうbat转换为每一个基类子对象：

菱形ひしがた类继承图示。

Bat b;
Animal &mammal = static_cast<Mammal&> (b); 
Animal &winged = static_cast<WingedAnimal&> (b);

为了正せい确的调用eat()，还需要じゅよう相しょう同どう的てき可か以消歧义的てき语句：static_cast<Mammal&>(bat).eat()或あるstatic_cast<WingedAnimal&>(bat).eat().

在ざい这个例れい子中こなか，我わが们可能かのう并不需要じゅようAnimal被ひ继承两次，我わが们只想そう建立こんりゅう一个模型来说明这层关系（Bat 属ぞく于 Animal）；Bat是これMammal也是WingedAnimal并不意味いみ着ぎ它是两个Animal：Animal定てい义的功こう能のう由ゆかりBat来らい实现（上面うわつら“是これ”的てき属性ぞくせい实际上じょう是ぜ“实现需求”的てき含义），且一个Bat只ただ实现一いち次じ。“只ただ是これ一いち个”的てき真正しんせい含义是ぜBat只ただ有ゆう一いち种实现eat()的てき方法ほうほう，无论是ぜ从Mammal的てき角度かくど还是从WingedAnimal的てき角度かくど来らい看み。（在ざい上面うわつら的てき第だい一段代码示例中我们看到eat()并没有ゆう在ざいMammal或あるWingedAnimal中ちゅう被ひ重じゅう载，所しょ以这两个Animal子こ对象实际上じょう是ぜ以相同どう的てき方式ほうしき运作，但ただし这只是ぜ一个不完善的例子，从C++的てき角度かくど来らい看み二者之间正好没有实际的区别。）

若わか将はた上面うわつら的てき关系以图形がた方式ほうしき表示ひょうじ看み起おこり来らい类似菱形ひしがた，所しょ以这一情况也被称为菱形ひしがた继承。虚きょ继承可か以解决这一いち问题。

解かい决方法ほう

我わが们可以按如下方式ほうしき重おも新しん声明せいめい上面うわつら的てき类：

class Animal {
 public:
  virtual void eat();
};

// Two classes virtually inheriting Animal:
class Mammal : public virtual Animal {
 public:
  virtual void breathe();
};

class WingedAnimal : public virtual Animal {
 public:
  virtual void flap();
};

// A bat is still a winged mammal
class Bat : public Mammal, public WingedAnimal {
};

Bat::WingedAnimal中なか的てきAnimal部分ぶぶん现在和わBat::Mammal中なか的てきAnimal部分ぶぶん是ぜ相しょう同どう的てき了りょう，这也就是说Bat现在有ゆう且只有ゆう一いち个共享とおる的てきAnimal部分ぶぶん，所以ゆえん对于Bat::eat()的てき调用就不再さい有ゆう歧义了りょう。另外，直接ちょくせつ将はたBat实例分派ぶんぱ给Animal实例的てき过程也不会かい产生歧义了りょう，因いん为现在ざい只ただ存在そんざい一種可以转换为Animal的てきBat实体了りょう。

因いん为Mammal实例的てき起おこり始はじめ地ち址し和わ其Animal部分ぶぶん的てき内ない存そん偏へん移うつり量りょう直ちょく到いた程ほど序じょ运行分配ぶんぱい内ない存そん时才会かい明あきら确，所以ゆえん虚きょ继承应用给Mammal和わWingedAnimal建立こんりゅう了りょう虚きょ表ひょう（vtable）指ゆび针（“vpointer”）。因よし此“Bat”包含ほうがんvpointer, Mammal, vpointer, WingedAnimal, Bat, Animal。这里共有きょうゆう两个虚きょ表ひょう指ゆび针，其中最さい派生はせい类的对象地ち址し所しょ指向しこう的てき虚きょ表ひょう指ゆび针，指向しこう了りょう最さい派生はせい类的虚きょ表ひょう；另一个虚表指针指向了WingedAnimal的てき类的虚きょ表ひょう。Animal虚きょ继承而来。在ざい上面うわつら的てき例れい子こ里さと，一いち个分配ぶんぱい给Mammal，另一个分配ぶんぱい给WingedAnimal。因よし此每个对象ぞう占うらない用よう的てき内ない存そん增加ぞうか了りょう两个指ゆび针的大小だいしょう，但ただし却解决了Animal的てき歧义问题。所有しょゆうBat类的对象都と包含ほうがん这两个虚指ゆび针，但ただし是ぜ每ごと一个对象都包含唯一的Animal对象。假かり设一个类Squirrel声明せいめい继承了りょうMammal，那な么Squirrel中なか的てきMammal对象的てき虚きょ指ゆび针和Bat中なか的てきMammal对象的てき虚きょ指ゆび针是不同ふどう的てき，尽つき管かん他た们占用よう的てき内ない存そん空そら间大小しょう是ぜ相しょう同どう的てき。这是因いん为在内ない存そん中ちゅうMammal到いたAnimal的てき距离是ぜ相しょう同どう的てき。虚きょ表ひょう不同ふどう而实际上占うらない用よう的てき空そら间相同どう。

虚きょ基もと类的初はつ始はじめ化か

由よし于虚基もと类是多た个派生はせい类共享とおる的てき基もと类，因いん此由谁来初はつ始はじめ化か虚きょ基もと类必须明确。C++标准规定，由ゆかり最さい派生はせい类直接ちょくせつ初はつ始はじめ化か虚きょ基もと类。因よし此，对间接せっ继承了りょう虚きょ基もと类的类，也必须能直接ちょくせつ访问其虚继承来らい的てき祖先そせん类，也即应知道どう其虚继承来らい的てき祖先そせん类的地ち址し偏へん移うつり值。

例れい如，常つね见的“菱形ひしがた”虚きょ继承例れい子中こなか，两个派生はせい类、一いち个最派生はせい类的构造函数かんすう的てき初はつ始はじめ化か列れつ表ひょう中ちゅう都と可か以给出で虚きょ基もと类的初はつ始はじめ化か；但ただし只ただ由ゆかり最さい派生はせい类的构造函数かんすう实际执行虚きょ基もと类的初はつ始はじめ化か。

g++与あずか虚むなし继承

g++编译器き生成せいせい的てきC++类实例れい，虚きょ函数かんすう与あずか虚きょ基もと类地址し偏へん移うつり值共用きょうよう一いち个虚表ひょう（vtable）。类实例れい的てき开始处即为指向しこう所属しょぞく类的虚きょ指ゆび针（vptr）。实际上じょう，一个类与它的若干祖先类（父ちち类、祖父そふ类、...）组成部分ぶぶん共用きょうよう一いち个虚表ひょう，但ただし各自かくじ使用しよう的てき虚きょ表ひょう部分ぶぶん依よ次つぎ相しょう接せっ、不ふ相あい重じゅう叠。

g++编译下か，一いち个类实例的てき虚きょ指ゆび针指向しこう该类虚きょ表ひょう中ちゅう的てき第だい一个虚函数的地址。如果该类没ぼつ有ゆう虚きょ函数かんすう（或ある者もの虚きょ函数かんすう都と写うつし入にゅう了りょう祖先そせん类的虚きょ表ひょう，覆くつがえ盖了祖先そせん类的对应虚きょ函数かんすう），因いん而该类自身じしん虚きょ表ひょう中ちゅう没ぼつ有ゆう虚きょ函数かんすう需要じゅよう填はま入いれ，但ただし该类有ゆう虚きょ继承的てき祖先そせん类，则仍然しか必须要よう访问虚きょ表ひょう中ちゅう的てき虚きょ基もと类地址し偏へん移うつり值。这种情じょう况下，该类仍然需要じゅよう有ゆう虚きょ表ひょう，该类实例的てき虚きょ指ゆび针指向しこう类虚表ひょう中ちゅう一いち个值为0的てき条目じょうもく。

该类其它的てき虚きょ函数かんすう的てき地ち址し依よ次じ填はま在ざい虚きょ表ひょう中ちゅう第だい一个虚函数条目之后（内うち存そん地ち址し自じ低てい向高むこうたか方向ほうこう）。虚きょ表ひょう中ちゅう第だい一个虚函数条目之前（内うち存そん地ち址し自じ高向たこう低てい方向ほうこう），依よ次じ填はま入にゅう了りょうtypeinfo（用よう于RTTI）、虚きょ指ゆび针到整せい个对象ぞう开始处的偏へん移うつり值、虚きょ基もと类地址し偏へん移うつり值。因よし此，如果一个类虚继承了两个类，那な么对于32位い程ほど序じょ，虚きょ继承的てき左ひだり父ちち类地址し偏へん移うつり值位于vptr-0x0c，虚きょ继承的てき右みぎ父ちち类地址し偏へん移うつり值位于vptr-0x10.

一个类的祖先类有复杂的虚继承关系，则该类的各かく个虚基もと类偏移うつり值在虚きょ表ひょう中ちゅう的てき存そん储顺序じょ尊重そんちょう自じ该类到祖先そせん的てき深度しんど优先遍へん历次序じょ。

Microsoft Visual C++与あずか虚むなし继承

Microsoft Visual C++与あずかg++不同ふどう，把わ类的虚きょ函数かんすう与あずか虚むなし基もと类地址し偏へん移うつり值分别放入にゅう了りょう两个虚きょ表ひょう中ちゅう，前者ぜんしゃ称しょう为虚函数かんすう表ひょうvftbl，后きさき者しゃ称しょう虚きょ基もと类表vbtbl。因よし此一个类实例可能かのう有ゆう两个虚きょ指ゆび针分别指向しこう类的虚きょ函数かんすう表ひょう与あずか虚むなし基もと类表，这两个虚指ゆび针分别称为虚函数かんすう表ひょう指ゆび针vftbl与あずか虚むなし基もと类表指ゆび针vbtbl。当然とうぜん，类实例れい也可以只有ゆう一いち个虚指ゆび针，或ある者もの没ぼつ有ゆう虚きょ指ゆび针。虚きょ指ゆび针总是ぜ放ひ在ざい类实例れい的てき数すう据すえ成なり员之前まえ，且虚函数かんすう表ひょう指ゆび针总是ぜ在ざい虚きょ基もと类表指ゆび针之前まえ。因よし而，对于某ぼう个类实例来らい说，如果它有虚きょ基もと类指针，那な么虚基もと类指针可能かのう在ざい类实例れい的てき0字じ节偏移うつり处，也可能かのう在ざい类实例れい的てき4字じ节偏移うつり处（对于32位い程ほど序じょ来らい说），这给类成员函数すう指ゆび针的てき实现带来了りょう很大麻たいま烦。

一个类的虚基类指针指向的虚基类表的首个条目，该条目的もくてき值是虚きょ基もと类表指ゆび针所在しょざい的てき地ち址し到いた该类的てき实例的てき内ない存そん首くび地ち址し的てき偏へん移うつり值。即そく&(obj.vbtbl) - &obj。虚きょ基もと类第2、第だい3、... 个条目め依よ次じ为该类的最さい左ひだり虚きょ继承父ちち类、次じ左ひだり虚きょ继承父ちち类、...的まと内ない存そん地ち址し相しょう对于虚きょ基もと类表指ゆび针自身じしん地ち址し，即そく &(obj.vbtbl)的てき偏へん移うつり值。

如果一个类同时有虚继承的父类与祖父类，则虚祖父そふ类放在ざい虚きょ父ちち类前面めん。

另外需要じゅよう注意ちゅうい的てき是ぜ，类的虚きょ函数かんすう表ひょう的てき第だい一项之前的项（即そく*(obj.vftbl-1)）为最派生はせい类实例れい的てき内ない存そん首くび地ち址し到いた当とう前ぜん虚きょ函数かんすう表ひょう指ゆび针的偏へん移うつり值，即そくmostDerivedObj-obj.vftbl。派生はせい类的虚きょ函数かんすう覆くつがえ盖基类的虚きょ函数かんすう时，在ざい基もと类的虚きょ函数かんすう表ひょう的てき对应条目じょうもく写うつし入いれ的てき是ぜ一いち个“桩”(thunk)函数かんすう的てき入口いりくち地ち址し，以调整せいthis指ゆび针指向しこう到いた派生はせい类实例れい的てき地ち址し，再さい调用派生はせい类的对应的てき虚きょ函数かんすう。例れい如：this -= offset; call DerivedClass:virtFunc;

虚きょ继承的てき应用：不可ふか派生はせい的てきfinally类

一个类如果不希望被继承，类似于Java中ちゅう的てき具有ぐゆうfinally性せい质的类，这在C++中ちゅう可か以用虚きょ继承来らい实现：

template<typename T> class MakeFinally{
   private:
       MakeFinally(){};//只ただ有ゆうMakeFinally的てき友とも类才可か以构造づくりMakeFinally
       ~MakeFinally(){};
   friend T;
};

class MyClass:public virtual  MakeFinally<MyClass>{};//MyClass是ぜ不可ふか派生はせい类

//由よし于虚继承，所以ゆえんD要よう直接ちょくせつ负责构造MakeFinally类，从而导致编译报错，所以ゆえんD作さく为派生はせい类是不ふ合法ごうほう的てき。
class D: public MyClass{};
//另外，如果D类没有ゆう实例化か对象，即そく没ぼつ有ゆう被ひ使用しよう，实际上じょうD类是被ひ编译器き忽ゆるがせ略りゃく掉而不ふ报错


int main()
{
MyClass var1;
// D var2;  //这一行编译将导致错误，因いん为D类的默だま认构造づくり函数かんすう不ふ合法ごうほう
}

参まいり见

多た态 (计算机つくえ科学かがく)