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Effective C++条款40：继承与面向对象之（明智而审慎地使用多重继承）

程序员文章站 2022-07-15 12:37:19
...

一、多重继承中，接口调用的歧义性

  • 当一个类继承自两个基类时，两个基类包含有相同的名称（如函数、typedef等），那么调用时就会产生歧义性

演示案例

class BorrowableItem {
public:
    void checkOut();
};

class ElectronicGadget {
private:
    bool checkOut()const; //注意，此处的为private
};

//多重继承
class MP3Player :public BorrowableItem, public ElectronicGadget { };

int main()
{
    MP3Player mp;
    mp.checkOut(); //错误，歧义性
    return 0;
}
  • 上面的代码中，虽然ElectronicGadget中的checkOut()函数为private的，但是调用仍然会产生歧义性。因为在调用checkOut()之前，C++会解析代码，发现在两个基类中都存在，因此报错
  • 正确的做法是：明确指出调用哪一个base class内的函数，例如：
MP3Player mp;

mp.BorrowableItem::checkOut();  //正确
mp.ElectronicGadget::checkOut();//错误，ElectronicGadget中的checkOut()为private

二、菱形继承与虚(virtual)继承

三、virtual继承的代价

  • 虽然virtual继承有优点，但是还是会付出一定的代价，例如：
    • virtual继承所创建的对象比non-virtual继承创建的对象体积大
    • 访问virtual base class的成员变量时，也比访问non-virtual base class的成员变量速度慢
    • virtual base的初始化责任是由继承体系中最底层的class负责的。因此：
      • 派生类必须为virtual base进行初始化，不论它们距离有多远
      • 当一个新的派生类加入继承体系中，它也必须承担起virtual base的初始化责任

四、多重继承演示案例

  • 现在我们来重新塑模“人”的C++ Interface class（参阅条款31）

IPerson类

  • 下面是一个抽象类：其中包含纯虚函数name()和birthDate()
class IPerson {
public:
    virtual ~IPerson();
    virtual std::string name()const = 0;      //返回人的名称
    virtual std::string birthDate()const = 0; //返回生日
};
  • name()和birthDate()两个虚函数返回人物的名称和生日
  • IPerson必须使用pointera或references指向于派生类来编写程序，因为抽象类无法实例化。下面创建一个factory functions（工厂函数，见条款31），在其中使用IPerson的派生类创建一个对象，然后返回这个对象（返回值类型为IPerson）。代码如下：
class DatabaseID {};

//参数为一个数据库ID对象
shared_ptr<IPerson> makePerson(DatabaseID personIdentifier)
{
    //在其中使用IPerson的派生类创建一个对象
    //然后返回该对象
}

DatabaseID askUserForDatabaseID()
{
    //该函数返回一个DatabaseID对象
}

int main()
{
    //创建一个DatabaseID对象
    DatabaseID id(askUserForDatabaseID());

    //使用makePerson函数创建一个IPerson对象
    shared_ptr<IPerson> pp(makePerson(id));

    return 0;
}

PersonInfo类

  • 现在假设有一个和数据库相关的类，提供一些CPerson类（定义在下面）所需要的实质东西
class PersonInfo {
public:
    explicit PersonInfo(DatabaseID pid);
    virtual ~PersonInfo();

    virtual const char* theName()const;
    virtual const char* theBirthDate()const;
private:
    virtual const char* valueDelimOpen()const;
    virtual const char* valueDelimClose()const;
};
  • valueDelimOpen()、valueDelimClose()：
    • 功能：每个字段值的起点和结尾都以特殊字符串为界
    • 缺省的头尾界限符号是方括号。例如Ring-tailed Lemur将被格式化为：[Ring-tailed Lemur]
    • 每个人可能喜欢不同的界限符号，所以这两个virtual函数允许派生类自己定义不同的头尾界限符号。例如可能PersonInfo的派生类可能会重写这两个虚函数，代码如下：
//缺省的虚函数，派生类可以重写
const char* valueDelimOpen()const
{
    return "[";
}

const char* valueDelimClose()const
{
    return "]";
}
  • theName()、theBirthDate()：用来返回相关的数据库字段（名字、生日等）。下面以theName()为例：
const char* theName()const {
    static char value[Max_Formatted_Field_Value_Length];
    std::strcpy(value, valueDelimOpen());

    //将名字添加进value
    
    std::strcat(value, valueDelimClose());
    return value;
}

CPerson类

  • CPerson是最终的表示“人”的类，其继承于IPerson和PersonInfo
  • 公有继承于IPerson：
    • 因为IPerson的name()和birthDate()两个虚函数返回未经修饰的人物的名称和生日，并且IPerson为抽象类，因此CPerson以public继承于IPerson
  • 私有继承于PersonInfo：
    • PersonInfo已经提供了返回修饰的人名和生日的虚函数，因此CPerson可以利用PersonInfo来实现，这是一种is-implemented-in-terms-of（根据某物实现出）模式
    • 在前几篇文章中，我们介绍了：复合与private继承都可以实现is-implemented-in-terms-of模式。但是由于PersonInfo中有虚函数，派生类可以重写其虚函数，因此我们建议使用private继承
    • 所以最终CPerson私有继承于PersonInfo
  • 最终的代码如下：
class IPerson {
public:
    virtual ~IPerson();
    virtual std::string name()const = 0;
    virtual std::string birthDate()const = 0;
};

class DatabaseID {};

class PersonInfo {
public:
    explicit PersonInfo(DatabaseID pid);
    virtual ~PersonInfo();
    virtual const char* theName()const;
    virtual const char* theBirthDate()const;
private:
    virtual const char* valueDelimOpen()const;
    virtual const char* valueDelimClose()const;
};

class CPerson :public IPerson, private PersonInfo {
public:
    explicit CPerson(DatabaseID pid) :PersonInfo(pid) {}

    virtual std::string name()const = 0{
        return PersonInfo::theName();
    }
    virtual std::string birthDate()const = 0 {
        return PersonInfo::theBirthDate();
    }
private:
    virtual const char* valueDelimOpen()const;
    virtual const char* valueDelimClose()const;
};
  • 在CPerson中：
    • 其重写了IPerson中的name()和birthDate()，在其中返回人的名字和生日
    • 由于private继承于PersonInfo，并且PersonInfo中已经实现了从数据库中读取并格式化人的名字和生日的功能，因此在name()和birthDate()中分别调用PersonInfo的theName()、theBirthDate()即可
    • 并且自己可以重写valueDelimOpen()、valueDelimClose()函数，来重写格式化人的名字和生日的格式

Effective C++条款40：继承与面向对象之（明智而审慎地使用多重继承）

  • 当单一继承和多重继承可以实现相同的功能时，尽量选择单一继承

五、总结

  • 多重继承比单一继承复杂。它可+能导致0新的歧义性，以及对virtual继承的需要
  • virtual继承会增加大小、速度、初始化（及赋值）复杂度等等成本。如果virtual base classes不带任何数据，将是最具使用价值的情况
  • 多重继承的确有正当用途。其中一个情节涉及“public继承某个Interface class”和“private继承某个协助实现的class”的两项组合
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