4、多重继承
大多数情况下，其实单继承就足够了。但是，C++为了我们的方便，还提供了多重继承。
比如，我们有一个组织模型，其中有经理类（分任务），工人类（干活）。那么，对于一线经理类，即既要从上级经理那里领取任务干活，又要向下级工人分任务的角色来说，如何在类层次中表达呢？单继承在此就有点力不胜任。我们可以安排经理类先继承工人类，一线经理类再继承经理类，但这种层次结构错误地让经理类继承了工人类的属性和行为。反之亦然。当然，一线经理类也可以仅仅从一个类（经理类或工人类）继承，或者一个都不继承，重新声明一个或两个接口，但这样的实现弊处太多：多态不可能了；未能重用现有的接口；最严重的是，当接口变化时，必须多处维护。最合理的情况似乎是一线经理从两个地方继承属性和行为——经理类、工人类。
C++就允许用多重继承来解决这样的问题：
struct Manager ... { ... };
struct Worker ... { ... };
struct MiddleManager : Manager, Worker { ... }; |
这样的继承将造成怎样的类布局呢？下面我们还是用“字母类”来举例：
struct E {
int e1;
void ef();
}; |
struct F : C, E {
int f1;
void ff();
}; |
结构F从C和E多重继承得来。与单继承相同的是，F实例拷贝了每个基类的所有数据。与单继承不同的是，在多重继承下，内嵌的两个基类的对象指针不可能全都与派生类对象指针相同：
F f;
// (void*)&f == (void*)(C*)&f;
// (void*)&f < (void*)(E*)&f; |
译者注：上面那行说明C对象指针与F对象指针相同，下面那行说明E对象指针与F对象指针不同。
观察类布局，可以看到F中内嵌的E对象，其指针与F指针并不相同。正如后文讨论强制转化和成员函数时指出的，这个偏移量会造成少量的调用开销。
具体的编译器实现可以自由地选择内嵌基类和派生类的布局。VC++按照基类的声明顺序先排列基类实例数据，最后才排列派生类数据。当然，派生类数据本身也是按照声明顺序布局的（本规则并非一成不变，我们会看到，当一些基类有虚函数而另一些基类没有时，内存布局并非如此）。
5、虚继承
回到我们讨论的一线经理类例子。让我们考虑这种情况：如果经理类和工人类都继承自“雇员类”，将会发生什么？
struct Employee { ... };
struct Manager : Employee { ... };
struct Worker : Employee { ... };
struct MiddleManager : Manager, Worker { ... }; |
如果经理类和工人类都继承自雇员类，很自然地，它们每个类都会从雇员类获得一份数据拷贝。如果不作特殊处理，一线经理类的实例将含有两个雇员类实例，它们分别来自两个雇员基类。如果雇员类成员变量不多，问题不严重；如果成员变量众多，则那份多余的拷贝将造成实例生成时的严重开销。更糟的是，这两份不同的雇员实例可能分别被修改，造成数据的不一致。因此，我们需要让经理类和工人类进行特殊的声明，说明它们愿意共享一份雇员基类实例数据。
很不幸，在C++中，这种“共享继承”被称为“虚继承”，把问题搞得似乎很抽象。虚继承的语法很简单，在指定基类时加上virtual关键字即可。
struct Employee { ... };
struct Manager : virtual Employee { ... };
struct Worker : virtual Employee { ... };
struct MiddleManager : Manager, Worker { ... }; |
使用虚继承，比起单继承和多重继承有更大的实现开销、调用开销。回忆一下，在单继承和多重继承的情况下，内嵌的基类实例地址比起派生类实例地址来，要么地址相同（单继承，以及多重继承的最靠左基类），要么地址相差一个固定偏移量（多重继承的非最靠左基类）。然而，当虚继承时，一般说来，派生类地址和其虚基类地址之间的偏移量是不固定的，因为如果这个派生类又被进一步继承的话，最终派生类会把共享的虚基类实例数据放到一个与上一层派生类不同的偏移量处。请看下例：
struct G : virtual C {
int g1;
void gf();
}; |
译者注：GdGvbptrG（In G, the displacement of G’s virtual base pointer to G）意思是：在G中，G对象的指针与G的虚基类表指针之间的偏移量，在此可见为0，因为G对象内存布局第一项就是虚基类表指针； GdGvbptrC（In G, the displacement of G’s virtual base pointer to C）意思是：在G中，C对象的指针与G的虚基类表指针之间的偏移量，在此可见为4。
struct H : virtual C {
int h1;
void hf();
}; |
struct I : G, H {
int i1;
void _if();
}; |
暂时不追究vbptr成员变量从何而来。从上面这些图可以直观地看到，在G对象中，内嵌的C基类对象的数据紧跟在G的数据之后，在H对象中，内嵌的C基类对象的数据也紧跟在H的数据之后。但是，在I对象中，内存布局就并非如此了。VC++实现的内存布局中，G对象实例中G对象和C对象之间的偏移，不同于I对象实例中G对象和C对象之间的偏移。当使用指针访问虚基类成员变量时，由于指针可以是指向派生类实例的基类指针，所以，编译器不能根据声明的指针类型计算偏移，而必须找到另一种间接的方法，从派生类指针计算虚基类的位置。
在VC++中，对每个继承自虚基类的类实例，将增加一个隐藏的“虚基类表指针”（vbptr）成员变量，从而达到间接计算虚基类位置的目的。该变量指向一个全类共享的偏移量表，表中项目记录了对于该类而言，“虚基类表指针”与虚基类之间的偏移量。
其它的实现方式中，有一种是在派生类中使用指针成员变量。这些指针成员变量指向派生类的虚基类，每个虚基类一个指针。这种方式的优点是：获取虚基类地址时，所用代码比较少。然而，编译器优化代码时通常都可以采取措施避免重复计算虚基类地址。况且，这种实现方式还有一个大弊端：从多个虚基类派生时，类实例将占用更多的内存空间；获取虚基类的虚基类的地址时，需要多次使用指针，从而效率较低等等。
在VC++中，G拥有一个隐藏的“虚基类表指针”成员，指向一个虚基类表，该表的第二项是GdGvbptrC。（在G中，虚基类对象C的地址与G的“虚基类表指针”之间的偏移量（当对于所有的派生类来说偏移量不变时，省略“d”前的前缀））。比如，在32位平台上，GdGvptrC是8个字节。同样，在I实例中的G对象实例也有“虚基类表指针”，不过该指针指向一个适用于“G处于I之中”的虚基类表，表中一项为IdGvbptrC，值为20。
观察前面的G、H和I，我们可以得到如下关于VC++虚继承下内存布局的结论：
·首先排列非虚继承的基类实例；
·有虚基类时，为每个基类增加一个隐藏的vbptr，除非已经从非虚继承的类那里继承了一个vbptr；
·排列派生类的新数据成员；
·在实例最后，排列每个虚基类的一个实例。
该布局安排使得虚基类的位置随着派生类的不同而“浮动不定”，但是，非虚基类因此也就凑在一起，彼此的偏移量固定不变。
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