Эффективное использование C++. 55 верных способов улучшить структуру и код ваших программ

Майерс Скотт

Правило 40: Продумывайте подход к использованию множественного наследования

Когда речь заходит о множественном наследовании (multiple inheritance – MI), сообщество разработчиков на C++ разделяется на два больших лагеря. Одни полагают, что раз одиночное исследование (SI) – это хорошо, то множественное наследование должно быть еще лучше. Другие говорят, что одиночное наследование – это на самом деле хорошо, а множественное не стоит хлопот. В этом правиле мы постараемся разобраться в обеих точках зрения.

Первое, что нужно уяснить для себя о множественном наследовании, – это появляющаяся возможность унаследовать одно и то же имя (функции, typedef и т. п.) от нескольких базовых классов. Это

может стать причиной неоднозначности. Например:

class BorrowableItem { // нечто, что можно позаимствовать

// из библиотеки

public:

void checkOut;

...

};

class ElectronicGadget {

private:

bool checkOut const; // выполняет самотестирование, возвращает

... // признак успешности теста

};

class MP3Player: // здесь множественное наследование (в некоторых

public BorrowableItem, // библиотеках реализована функциональность,

public ElectronicGadget // необходимая для MP3-плееров)

{...} // определение класса не важно

MP3Player mp;

mp.checkout; // неоднозначность! какой checkOut?

Отметим, что в этом примере вызов функции checkOut неоднозначен, несмотря на то что доступна лишь одна из двух функций. (checkOut открыта в классе Borrowableltem и закрыта в классе ElectronicGadget.) И это согласуется с правилами разрешения имен перегруженных функций в C++: прежде чем проверять права доступа, C++ находит функцию, которая наиболее соответствует вызову. И только потом проверяется, доступна ли наиболее подходящая функция. В данном случае оба варианта функции checkOut одинаково хорошо соответствуют вызову, то есть ни одна из них не подходит лучше, чем другая. А стало быть, до проверки доступности ElectronicGadget::checkOut дело не доходит.

Чтобы разрешить неоднозначность, вы можете указать имя базового класса, чью функцию нужно вызвать:

mp.BorrowableItem::checkOut; // вот какая checkOut мне нужна!

Вы, конечно, также можете попытаться явно вызвать ElectronicGadget::check-Out, но тогда вместо ошибки неоднозначности получите другую: «вы пытаетесь вызвать закрытую функцию-член».

Множественное наследование просто означает наследование более, чем от одного базового класса, но вполне может возникать также и в иерархиях, содержащих более двух уровней. Это может привести к «ромбовидному наследованию»:

class File {...};

class InputFile: public File {...};

class OutputFile: public File {...};

class IOFile: public InputFile,

public OutputFile

{...};

Всякий раз, когда вы строите иерархию наследования, в которой от базового класса к производному ведет более одного пути (как в приведенном примере: от File к IOFile можно пройти как через InputFile, так и через OutputFile), вам приходится сталкиваться с вопросом о том, должны ли данные-члены базового класса дублироваться в объекте подкласса столько

раз, сколько имеется путей. Например, предположим, что в классе File есть член filename. Сколько копий этого поля должно быть в классе IOFile? С одной стороны, он наследует по одной копии от каждого из своих базовых классов, следовательно, всего будет два члена данных с именем fileName. С другой стороны, простая логика подсказывает, что объект IOFile имеет только одно имя файла, поэтому поле fileName, наследуемое от двух базовых классов, не должно дублироваться.

C++ не принимает ничью сторону в этом споре. Он успешно поддерживает оба варианта, хотя по умолчанию предполагается дублирование. Если это не то, что вам нужно, сделайте класс, содержащий данные (то есть File), виртуальным базовым классом. Для этого все непосредственные потомки должны использовать виртуальное наследование:

class File {...};

class InputFile: virtual public File {...};

class OutputFile: virtual public File {...};

class IOFile: public InputFile,

public OutputFile

{...};

В стандартной библиотеке C++ есть похожая иерархия, только классы в ней являются шаблонными и называются basic_ios, basic_istream, basic_ostream и basic_iostream, в не File, InputFile, OutputFile и IOFile.

С точки зрения корректности, открытое наследование всегда должно быть виртуальным. Если бы это была единственная точка зрения, то правило было бы простым: всякий раз при открытом наследовании используйте виртуальное открытое наследование. К сожалению, корректность – не единственное, что нужно принимать во внимание. Чтобы избежать дублирования унаследованных членов, компилятору приходится прибегать к нетривиальным трюкам, из-за чего размер объектов классов, использующих множественное виртуальное наследование, обычно оказывается больше по сравнению со случаем, когда виртуальное наследование не используется. Доступ к данным-членам виртуальных базовых классов также медленнее, чем к данным невиртуальных базовых классов. Детали реализации зависят от компилятора, но суть остается неизменной: виртуальное наследование требует затрат.

Оно обходится не бесплатно еще и по другой причине. Правила, определяющие инициализацию виртуальных базовых классов, сложнее и интуитивно не так понятны, как правила для невиртуальных базовых классов. Ответственность за инициализацию виртуального базового класса ложится на самый дальний производный класс в иерархии. Отсюда следует, что: (1) классы, наследующие виртуальному базовому и требующие инициализации, должны знать обо всех своих виртуальных базовых классах, независимо от того, как далеко они от них находятся в иерархии, и (2) когда в иерархию добавляется новый производный класс, он должен принять на себя ответственность за инициализацию виртуальных предков (как прямых, так и непрямых).

Мой совет относительно виртуальных базовых классов (то есть виртуального наследования) прост. Во-первых, не применяйте виртуальных базовых классов до тех пор, пока в этом не возникнет настоятельная потребность. По умолчанию используйте невиртуальное наследование. Во-вторых, если все же избежать виртуальных базовых классов не удается, старайтесь не размещать в них данных. Тогда можно будет забыть о странностях правил инициализации (да, кстати, и присваивания) таких классов. Неспроста интерфейсы Java и. NET, которые во многом подобны виртуальным базовым классам C++, не могут содержать никаких данных.