派生类可以小于其父类吗？

Question

我问这个关于 C++ 的问题是因为我很熟悉这个问题，但问题本身就很容易解释：是否有一种语言可以派生一个类并使其占用的内存空间比原始类少？

这个问题更像是一个噱头，而不是我试图解决的实际问题，但我可以想象一些真正高性能的代码可以从这种内存优化中受益：

假设我们有：

class Person {
    std::string name;
    unsigned int age;
}

class PersonNamedJared {
}

理论上，我们在这个子类中不需要字段“name”，因为它总是“Jared”，这样可以提高内存效率。

是否只有通过将Person 中的“名称”字段替换为get_name() 函数来实现这一点，我们只需在PersonNamedJared 中覆盖该函数以始终返回“Jared”？我们如何仍然在基类中设置 name 变量？

我知道这个例子是非常糟糕的做法，但这是我能想到的最好的例子。我认为实施这种模式是有正当理由的。

Answer 1

派生类可以小于其父类吗？

没有。派生类总是包含一个基类子对象。对象永远不能小于其子对象，因此派生类永远不能小于其基类。

通过将 Person 中的“name”字段替换为我们在 PersonNamedJared 中简单地覆盖以始终返回“Jared”的 get_name() 函数来实现这一点的唯一方法是什么？

这将是实现它的一种方法。

我们如何仍然在基类中创建 name 变量？

您不能在派生类中包含不想出现在基类中的成员变量。

例如，您可以使用多重继承，这样您就可以在某些派生类中拥有带有变量的基础。像这样的：

struct Person {
    unsigned int age;
    virtual std::string name() = 0;
    ...

struct Named {
    std::string name;
};

struct NamedPerson : Person, private Named {
    std::string name() override {
        return name;
    }
};

struct JaredPerson : Person {
    std::string name() override {
        return "Jared";
    }
};

这里有一个带有变量的基，但 Jared 没有继承那个特定的基。

Answer 2

没有。

从一个类继承意味着你包括它的所有成员变量、它的父类[s]成员变量，以及你自己的类所包含的任何东西。

换句话说，子类是父类的超集。 （空子类除外）

即使私有成员仍然那里占用空间，尝试访问它们只是编译器错误。

Answer 3

派生类可以小于其父类吗？

在 C++ 中，不！

即使您尝试用派生类中的较小成员替换基类的成员（使用相同的名称），基类成员仍然存在（只是更难访问）。这段代码将证明，派生类实际上添加到基类的大小：

#include <iostream>

class A {
public:
    double q[200];
};

class B : A {
public:
    double q[100]; // Can we replace base array with a smaller one?
};

int main()
{
    std::cout << sizeof(A) << std::endl; // -> 1600 = 200 * sizeof(double)
    std::cout << sizeof(B) << std::endl; // -> 2400 ADDS 100 more doubles!
    return 0;
}

Answer 4

如果使用多态性，答案应该很清楚。也就是说，利用允许您将派生类型的对象视为基类型之一的语言特性。假设Person 是PersonNamedJared 的公共基并考虑以下代码。

PersonNamedJared Jared;
Person * Pointer = &Jared;
std::cout << Pointer->name << " is " << Pointer->age << " years old.";

这是有效的，但如果 PersonNamedJared 缺少 name 字段，这段代码怎么可能工作？

根据经验，如果您有正当理由希望派生类小于其基类，那么您的类设计可能有问题。

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关于是否有一种语言具有此功能，我认为这是可能的，但比较尴尬。您可以——用一种假设的语言——模糊数据成员和函数成员之间的界限，允许标识符name 表示基类中的（虚拟）数据但派生类中的函数。因此派生类可以提供一个名为name 的函数，覆盖基类版本。在处理派生类型的对象时，您可以阻止对name 的基类版本的显式引用。如果有足够的要求和禁令，name 字段在某些派生类对象中将无法访问，因此它们将不需要它。在这种情况下，可以省略名称字段。 （但是，我不知道有任何语言允许这种严格的设置。）

另一方面，这种设置感觉与继承原则背道而驰。即使一种语言允许这种设置，我也更喜欢更好的类设计。