多继承详解

触及 multiple inheritance (MI)（多继承）的时候，C++ 社区就会鲜明地分裂为两个基本的阵营。一个阵营认为如果 single inheritance (SI)（单继承）是有好处的，multiple inheritance（多继承）一定更有好处。另一个阵营认为 single inheritance（单继承）有好处，但是多继承引起的麻烦使它得不偿失。在本文中，我们的主要目的是理解在 MI 问题上的这两种看法。

首要的事情之一是要承认当将 MI 引入设计领域时，就有可能从多于一个的 base class（基类）中继承相同的名字（例如，函数，typedef，等等）。这就为歧义性提供了新的时机。例如：

class BorrowableItem { // something a library lets you borrow

public:

　void checkOut(); // check the item out from the library

　..

};

class ElectronicGadget {

private:

　bool checkOut() const; // perform self-test, return whether

　... // test succeeds

};

class MP3Player: // note MI here

public BorrowableItem, // (some libraries loan MP3 players)

public ElectronicGadget

{ ... }; // class definition is unimportant

MP3Player mp;

mp.checkOut(); // ambiguous! which checkOut?

注意这个例子，即使两个函数中只有一个是可访问的，对 checkOut 的调用也是有歧义的。（checkOut 在 BorrowableItem 中是 public（公有）的，但在 ElectronicGadget 中是 private（私有）的。）这与 C++ 解析 overloaded functions（重载函数）调用的规则是一致的：在看到一个函数的是否可访问之前，C++ 首先确定与调用匹配最好的那个函数。只有在确定了 best-match function（最佳匹配函数）之后，才检查可访问性。这目前的情况下，两个 checkOuts 具有相同的匹配程度，所以就不存在最佳匹配。因此永远也不会检查到 ElectronicGadget::checkOut 的可访问性。

为了消除歧义性，你必须指定哪一个 base class（基类）的函数被调用：

mp.BorrowableItem::checkOut(); // ah, that checkOut...

当然，你也可以尝试显式调用 ElectronicGadget::checkOut，但这样做会有一个 "you're trying to call a private member function"（你试图调用一个私有成员函数）错误代替歧义性错误。

multiple inheritance（多继承）仅仅意味着从多于一个的 base class（基类）继承，但是在还有 higher-level base classes（更高层次基类）的 hierarchies（继承体系）中出现 MI 也并不罕见。这会导致有时被称为 "deadly MI diamond"（致命的多继承菱形）的后果。

class File { ... };

class InputFile: public File { ... };

class OutputFile: public File { ... };

class IOFile: public InputFile,

public OutputFile

{ ... }; 

在一个“在一个 base class（基类）和一个 derived class（派生类）之间有多于一条路径的 inheritance hierarchy（继承体系）”（就像上面在 File 和 IOFile 之间，有通过 InputFile 和 OutputFile 的两条路径）的任何时候，你都必须面对是否需要为每一条路径复制 base class（基类）中的 data members（数据成员）的问题。例如，假设 File class 有一个 data members（数据成员）fileName。IOFile 中应该有这个 field（字段）的多少个拷贝呢？一方面，它从它的每一个 base classes（基类）继承一个拷贝，这就暗示 IOFile 应该有两个 fileName data members（数据成员）。另一方面，简单的逻辑告诉我们一个 IOFile object（对象）应该仅有一个 file name（文件名），所以通过它的两个 base classes（基类）继承来的 fileName field（字段）不应该被复制。

C++ 在这个争议上没有自己的立场。它恰当地支持两种选项，虽然它的缺省方式是执行复制。如果那不是你想要的，你必须让这个 class（类）带有一个 virtual base class（虚拟基类）的数据（也就是 File）。为了做到这一点，你要让从它直接继承的所有的 classes（类）使用 virtual inheritance（虚拟继承）：

class File { ... };

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

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

class IOFile: public InputFile,

public OutputFile

{ ... };

标准 C++ 库包含一个和此类似的 MI hierarchy（继承体系），只是那个 classes（类）是 class templates（类模板），名字是 basic_ios，basic_istream，basic_ostream 和 basic_iostream，而不是 File，InputFile，OutputFile 和 IOFile。

从正确行为的观点看，public inheritance（公有继承）应该总是 virtual（虚拟）的。如果这是唯一的观点，规则就变得简单了：你使用 public inheritance（公有继承）的任何时候，都使用 virtual public inheritance（虚拟公有继承）。唉，正确性不是唯一的视角。避免 inherited fields（继承来的字段）复制需要在编译器的一部分做一些 behind-the-scenes legerdemain（幕后的戏法），而结果是从使用 virtual inheritance（虚拟继承）的 classes（类）创建的 objects（对象）通常比不使用 virtual inheritance（虚拟继承）的要大。访问 virtual base classes（虚拟基类）中的 data members（数据成员）也比那些 non-virtual base classes（非虚拟基类）中的要慢。编译器与编译器之间有一些细节不同，但基本的要点很清楚：virtual inheritance costs（虚拟继承要付出成本）。

它也有一些其它方面的成本。支配 initialization of virtual base classes（虚拟基类初始化）的规则比 non-virtual bases（非虚拟基类）的更加复杂而且更不直观。初始化一个 virtual base（虚拟基）的职责由 hierarchy（继承体系）中 most derived class（层次最低的派生类）承担。这个规则中包括的含义：

（1） 从需要 initialization（初始化）的 virtual bases（虚拟基）派生的 classes（类）必须知道它们的 virtual bases（虚拟基），无论它距离那个 bases（基）有多远；

（2） 当一个新的 derived class（派生类）被加入继承体系时，它必须为它的 virtual bases（虚拟基）（包括直接的和间接的）承担 initialization responsibilities（初始化职责）。

我对于 virtual base classes（虚拟基类）（也就是 virtual inheritance（虚拟继承））的建议很简单。首先，除非必需，否则不要使用 virtual bases（虚拟基）。缺省情况下，使用 non-virtual inheritance（非虚拟继承）。第二，如果你必须使用 virtual base classes（虚拟基类），试着避免在其中放置数据。这样你就不必在意它的 initialization（初始化）（以及它的 turns out（清空），assignment（赋值））规则中的一些怪癖。值得一提的是 Java 和 .NET 中的 Interfaces（接口）不允许包含任何数据，它们在很多方面可以和 C++ 中的 virtual base classes（虚拟基类）相比照。

现在我们使用下面的 C++ Interface class（接口类）（参见《C++箴言：最小化文件之间的编译依赖》）来为 persons（人）建模：

class IPerson {

public:

　virtual ~IPerson();

　virtual std::string name() const = 0;

　virtual std::string birthDate() const = 0;

};

IPerson 的客户只能使用 IPerson 的 pointers（指针）和 references（引用）进行编程，因为 abstract classes（抽象类）不能被实例化。为了创建能被当作 IPerson objects（对象）使用的 objects（对象），IPerson 的客户使用 factory functions（工厂函数）（再次参见 Item 31）instantiate（实例化）从 IPerson 派生的 concrete classes（具体类）：

// factory function to create a Person object from a unique database ID;

// see Item 18 for why the return type isn't a raw pointer

std::tr1::shared_ptr makePerson(DatabaseID personIdentifier);

// function to get a database ID from the user

DatabaseID askUserForDatabaseID();

DatabaseID id(askUserForDatabaseID());

std::tr1::shared_ptr pp(makePerson(id)); // create an object

// supporting the

// IPerson interface

... // manipulate *pp via

// IPerson's member

// functions