Virtuální dědičnost - Virtual inheritance

Schéma diamantové dědictví, problém, který se virtuální dědictví snaží vyřešit

Virtuální dědičnost je C ++ technika, která zajišťuje pouze jednu kopii a základní třída'členské proměnné jsou zdědil třídami odvozenými od vnoučat. Bez virtuální dědičnosti, pokud dvě třídy B a C dědí z třídy Aa třída D dědí z obou B a C, pak D bude obsahovat dvě kopie A'členské proměnné: jedna přes Ba jeden přes C. Ty budou přístupné samostatně pomocí rozlišení oboru.

Místo toho, pokud třídy B a C dědí prakticky ze třídy A, pak předměty třídy D bude obsahovat pouze jednu sadu členských proměnných ze třídy A.

Tato funkce je nejužitečnější pro vícenásobné dědictví, protože dělá virtuální základnu běžnou podobjekt pro odvozující třídu a všechny třídy, které jsou z ní odvozeny. To lze použít, aby se zabránilo diamantový problém objasněním nejednoznačnosti, kterou třídu předků použít, z pohledu odvozené třídy (D v příkladu výše) virtuální základna (A) působí, jako by šlo o přímou základní třídu D, nikoli třída odvozená nepřímo přes základnu (B nebo C).^[1][2]

Používá se, když dědičnost představuje spíše omezení množiny než složení částí. V C ++ je základní třída zamýšlená jako společná v celé hierarchii označena jako virtuální s virtuální klíčové slovo.

Zvažte následující hierarchii tříd.

struktur Zvíře {    virtuální ~Zvíře() = výchozí;    virtuální prázdnota Jíst() {}};struktur Savec: Zvíře {    virtuální prázdnota Dýchat() {}};struktur Okřídlené zvíře: Zvíře {    virtuální prázdnota Klapka() {}};// Netopýr je okřídlený savecstruktur Netopýr: Savec, Okřídlené zvíře {};Netopýr netopýr;

Jak je deklarováno výše, volání na bat je nejednoznačný, protože existují dva Zvíře (nepřímé) základní třídy v Netopýr, takže jakýkoli Netopýr objekt má dva různé Zvíře podobjekty základní třídy. Takže pokus přímo svázat odkaz na Zvíře podobjekt a Netopýr objekt by selhal, protože vazba je ze své podstaty nejednoznačná:

Netopýr b;Zvíře& A = b;  // chyba: do kterého zvířecího podobjektu by měl Bat vrhnout,                 // savec :: zvíře nebo okřídlený zvíře :: zvíře?

Abychom se jednoznačně vyjádřili, museli bychom výslovně konvertovat netopýr na jeden dílčí objekt základní třídy:

Netopýr b;Zvíře& savec = static_cast<Savec&>(b); Zvíře& okřídlený = static_cast<Okřídlené zvíře&>(b);

Aby bylo možné zavolat Jístje nutná stejná disambiguace nebo výslovná kvalifikace: static_cast (bat) .Eat () nebo static_cast (bat) .Eat () nebo alternativně bat.Mammal :: Eat () a bat.WingedAnimal :: Eat (). Explicitní kvalifikace používá nejen jednodušší a jednotnou syntaxi pro ukazatele i objekty, ale také umožňuje statické odesílání, takže by to byla pravděpodobně preferovaná metoda.

V tomto případě dvojí dědictví Zvíře je pravděpodobně nežádoucí, protože chceme modelovat, že vztah (Netopýr je Zvíře) existuje pouze jednou; že a Netopýr je Savec a je Okřídlené zvíře neznamená, že se jedná o Zvíře dvakrát: an Zvíře základní třída odpovídá smlouvě, která Netopýr implementuje (vztah „je“ výše znamená „implementuje požadavky") a a Netopýr implementuje pouze Zvíře smlouva jednou. Skutečný význam světaje jen jednou "to je Netopýr by měl mít pouze jeden způsob implementace Jíst, ne dvěma různými způsoby, podle toho, zda Savec pohled na Netopýr je jíst, nebo Okřídlené zvíře pohled na Netopýr. (V prvním příkladu kódu to vidíme Jíst není přepsán ani v jednom Savec nebo Okřídlené zvíře, takže dva Zvíře subobjects will actually behave the same, but this is just a degenerate case, and that does not make a difference from the C ++ pointal view).

Tato situace se někdy označuje jako diamantové dědictví (vidět Diamond problém ), protože schéma dědičnosti má tvar diamantu. Virtuální dědičnost může pomoci tento problém vyřešit.

Řešení

Naše třídy můžeme znovu deklarovat následovně:

struktur Zvíře {    virtuální ~Zvíře() = výchozí;    virtuální prázdnota Jíst() {}};// Dvě třídy prakticky dědí zvíře:struktur Savec: virtuální Zvíře {    virtuální prázdnota Dýchat() {}};struktur Okřídlené zvíře: virtuální Zvíře {    virtuální prázdnota Klapka() {}};// Netopýr je stále okřídlený savecstruktur Netopýr: Savec, Okřídlené zvíře {};

The Zvíře část Netopýr :: WingedAnimal je nyní stejný Zvíře instance jako ta, kterou používá Bat :: Savec, což znamená, že a Netopýr má pouze jeden, sdílený, Zvíře instance v jeho reprezentaci a tak volání na Bat :: Jíst je jednoznačné. Navíc, přímé obsazení od Netopýr na Zvíře je také jednoznačné, protože nyní existuje pouze jeden Zvíře instance, která Netopýr lze převést na.

Možnost sdílet jednu instanci souboru Zvíře rodič mezi Savec a Okřídlené zvíře je povoleno zaznamenáním posunu paměti mezi Savec nebo Okřídlené zvíře členů a členů základny Zvíře v rámci odvozené třídy. Toto posunutí však může být obecně známé pouze za běhu, tedy Netopýr musí se stát (vpointer, Savec, vpointer, Okřídlené zvíře, Netopýr, Zvíře). Existují dva vtable ukazatele, jeden na hierarchii dědičnosti, která prakticky dědí Zvíře. V tomto příkladu jeden pro Savec a jeden pro Okřídlené zvíře. Velikost objektu se proto zvýšila o dva ukazatele, ale nyní existuje pouze jeden Zvíře a žádná dvojznačnost. Všechny objekty typu Netopýr použije stejné vpointery, ale každý Netopýr objekt bude obsahovat svůj vlastní jedinečný Zvíře objekt. Pokud z něj dědí jiná třída Savec, jako Veverka, pak vpointer v Savec část Veverka se bude obecně lišit od vpointeru v Savec část Netopýr i když by se mohlo stát, že budou stejné, pokud Veverka třída má stejnou velikost jako Netopýr.

Reference