Множественное наследование (multiple inheritance)

Мы продолжаем рассматривать уже известный нам механизм насследования, но уже с новой точки зрения. Запасайтесь кофе, мы начинаем...

Если быть откровенным, материал который мы сейчас рассмотрим, широко обсуждается в мире программистов. Существует немало как сторонников так и противников множественного наследования. Один из ведущих теоретиков объектно-ориентированого анализа Гради Буч указывает на следующий факт: "По нашему опыту, множественное наследование - как парашют: как правило, он не нужен, но когда вдруг он понадобиться, будет жаль, если его не окажется под рукой."

Что такое множественное наследование? Это когда производный класс использует несколько базовых классов. Другими словами производный класс может иметь любое число базовых классов, не обязательно один. Хотя использование множественного наследования встречается реже, чем простого, множественное наследовние полезно для создания классов, комбинирующих поведение двух и больше классов. Более того, Вы косвенным образом сталкивались с понятием множественного насследования. Когда? Вспомните класс iostream. В действительности, протокол класса представлен следующим образом: class iostream : public istream, public ostream. То есть класса iostream является public-производным от двух базовых istream и ostream.

Так как Вы уже не впервые сталкиваетесь с понятием наследование, то сам механизм множественного наследования (сама идея), скорее всего, не вызовет у Вас проблем с пониманием. Поэтому здесь Вы не найдете объяснения, что называется "на кошках". Мы заострим Ваше внимание на тонкостях использования механизма множественного наследования, обсудим "подводные камни". Итак, рассмотрим учебный пример. В примере используется два базовых класса Base1 и Base2, от которых наследуется класс Derived. Отметим тот момент, что в примере нет особенного смысла в именах переменных или их типах. Целью этого примера является ознакомление с механизмом множественного наследования (отметим, что практический пример Вас ожидает в конце нашего занятия )Проанализируйте пример, познакомтесь с новым синтаксисом при множественном наследование. После этого, мы начнем эксперементировать над нашим примером.

#include <iostream.h>

#include <string.h>

class Base1{//базовый класс

private:

int idNumber;//идентификационный номер

public:

Base1(){//конструктор по умолчанию

idNumber=0;

cout<<"Constructor for class Base1\n";

}

Base1(int tNum){//конструктор с одним аргументом

idNumber=tNum;

cout<<"Constructor for class Base1\n";

}

void setID(int tNum){//функция устанавливает значение idNumber

idNumber=tNum;

}

int getID(){//функция возвращает значение idNumber

return idNumber;

}

};

class Base2{//базовый класс

private:

char Name[20];//имя

public:

Base2(){//конструктор по умолчанию

strcpy(Name,"None");

cout<<"Constructor for class Base2\n";

}

Base2(char* tName){//конструктор с одним аргументом

strcpy(Name,tName);

cout<<"Constructor for class Base2\n";

}

void setName(char* tName){//функция устанавливает значение Name

strcpy(Name,tName);

}

char* getName(){//функция возвращает значение Name

return Name;

}

};

class Derived: public Base1, public Base2

{//класс public-производный от Base1

//и publi-производный от Base2

private:

char ch;

public:

Derived()//конструктор по умолчанию

{

cout<<"Constructor for class Derived\n";

ch='A';

}

Derived(char c, int tNum, char *tName):Base1(tNum), Base2(tName)

{//конструктор с аргументами

//вначаде вызвается конструктор базового класса Base1,

//затем конструктор базового класса Base2

cout<<"Constructor for class Derived\n";

ch=c;

}

//перегрузка оператора вывода

friend ostream& operator<<(ostream& out, Derived& deriv);

};

//перегрузка оператора вывода

ostream& operator<<(ostream& out, Derived& deriv){

out<<"\nIdNumber="<<deriv.getID()<<" name="<<deriv.getName();

out<<" ch="<<deriv.ch<<endl;

return out;

}

void main()

{

cout<<"\t\t\tHello!!!\n\t\tWe are testing multiple inheritance!\n\n\n";

//начинаем тестирование

cout<<"\n\t\tWell! Let's try first object...\n\n";

//создадим экземпляр класса Derived

Derived object1;

cout<<object1;

cout<<"\n\t\tOk! Let's try next object...\n\n";

//создадим экземпляр класса Derived с указанием начальных значений

Derived object2('e',26,"Vasya");

cout<<object2;

}

Ниже, представлен результат выполнения программы:

Hello!!!

We are testing multiple inheritance!

Well! Let's try first object...

Constructor for class Base1

Constructor for class Base2

Constructor for class Derived

IdNumber=0 name=None ch=A

Ok! Let's try next object...

Constructor for class Base1

Constructor for class Base2

Constructor for class Derived

IdNumber=26 name=Vasya ch=e

Начинаем эксперементировать над нашей программой. Когда object1 объявлен при помощи выражения Derived object1; вызываются конструкторы по умолчанию двух базовых классов в той последовательности. в которой определено наследование, то есть в том порядке, как они описаны при объявлении класса Derived - вначале конструктор класса Base1, затем - Base2. Если Вы перепишете конструктор Derived, который принимает три параметра, следующим образом:

Derived(char c, int tNum, char *tName):Base2(tName), Base1(tNum)

то есть поменяете порядок вызова базовых конструкторов, то результат будет аналогичным, так как конструкторы базовых классов вызываются в том порядке, в котором указаны классы, при объявлении производного класса. Другими словами, порядок вызова конструкторов регулируется здесь:

class Derived: public Base1, public Base2

Правила доступа к элементам базового класса, объявленым как private, protected, public, остаются теми же самыми, как и в варианте с одиночным наследованием.

Теперь рассмотрим вопрос связанный с конфликтом имен. А что, если один или более элементов двух базовых классов имеют одинаковые имена? Предположим, например, следующую ситуацию: в классе Base1 переменная idNumber переименована в instance, а в классе Base2 - Name тоже переименована в instance. И обе переменные объявлены в защищенной области видимости, то есть со спецификатором доступа protected. Плюс ко всему, усложним ситуацию (тяжело в учении - легко в бою), изменив также перегрузку оператора вывода:

ostream& operator<<(ostream& out, Derived& deriv){

out<<"\nIdNumber="<<deriv.getID()<<" name="<<deriv.getName();

out<<" ch="<<deriv.ch<<endl;

return out;

}

на

ostream& operator<<(ostream& out, Derived& deriv){

out<<"\nIdNumber="<<deriv.instance<<" name="<<deriv.instance;

out<<" ch="<<deriv.ch<<endl;

return out;

}

Что произойдет в такой ситуации? Появится неодназначность в определении перегруженного оператора <<. Компилятор не сможет различить deriv.instance, ссылающийся на класс Base1, от derive.instance, ссылающийся на класс Base2. Как поступить в такой ситуации, когда у нескольких базовых классов имеются члены-данных с одинаковыми именами? Вот что пишет по этому поводу Гради Буч:

"...как понимать наследование двух операций с одним и тем же именем? Это, на самом деле, главная беда множественного наследования: конфликт имен может ввести двусмысленность в поведение класа с несколькими предками.

Борются с этим конфликтом тремя способами. Во-первых, можно считать конфликт имен ошибкой и отвергать его при компиляции (так делают SmallTalk и Eiffel). Во-вторых, можно считать, что одинаковые имена означают одинаковый атрибут (так делает CLOS). В третьих, для устранения конфликта разрешается добавить к именам префиксы, указывающие имена классов, откуда они пришли. Такой подход принят в С++".

Для разрешения проблемы двусмысленности, нам необходимо указать имена требуемых классов, с помощью бинарного оператора разрешения области видимости :: (два двоеточия). Исправим в последнем варианте:

ostream& operator<<(ostream& out, Derived& deriv){

out<<"\nIdNumber="<<deriv.instance<<" name="<<deriv.instance;

out<<" ch="<<deriv.ch<<endl;

return out;

}

на

ostream& operator<<(ostream& out, Derived& deriv){

out<<"\nIdNumber="<<deriv.Base1::instance<<" name="<<deriv.Base2::instance;

out<<" ch="<<deriv.ch<<endl;

return out;

}

В результате, наша программа примет следующий вид с учетом всех проделанных преобразований:

#include <iostream.h>

#include <string.h>

class Base1{//базовый класс

protected:

int instance;//идентификационный номер

public:

Base1(){//конструктор по умолчанию

instance=0;

cout<<"Constructor for class Base1\n";

}

Base1(int tNum){//конструктор с одним аргументом

instance=tNum;

cout<<"Constructor for class Base1\n";

}

void setID(int tNum){//функция устанавливает значение instance

instance=tNum;

}

int getID(){//функция возвращает значение instance

return instance;

}

};

class Base2{//базовый класс

protected:

char instance[20];//имя

public:

Base2(){//конструктор по умолчанию

strcpy(instance,"None");

cout<<"Constructor for class Base2\n";

}

Base2(char* tinstance){//конструктор с одним аргументом

strcpy(instance,tinstance);

cout<<"Constructor for class Base2\n";

}

void setName(char* tinstance){//функция устанавливает значение instance

strcpy(instance,tinstance);

}

char* getName(){//функция возвращает значение instance

return instance;

}

};

class Derived: public Base1, public Base2

{//класс public-производный от Base1

//и publi-производный от Base2

private:

char ch;

public:

Derived()//конструктор по умолчанию

{

cout<<"Constructor for class Derived\n";

ch='A';

}

Derived(char c, int tNum, char *tinstance):Base2(tinstance), Base1(tNum)

{//конструктор с аргументами

//вначаде вызвается конструктор базового класса Base1,

//затем конструктор базового класса Base2

cout<<"Constructor for class Derived\n";

ch=c;

}

//перегрузка оператора вывода

friend ostream& operator<<(ostream& out, Derived& deriv);

};

//перегрузка оператора вывода

ostream& operator<<(ostream& out, Derived& deriv){

out<<"\nIdNumber="<<deriv.Base1::instance<<" name="<<deriv.Base2::instance;

out<<" ch="<<deriv.ch<<endl;

return out;

}

void main()

{

cout<<"\t\t\tHello!!!\n\t\tWe are testing multiple inheritance!\n\n\n";

//начинаем тестирование

cout<<"\n\t\tWell! Let's try first object...\n\n";

//создадим экземпляр класса Derived

Derived object1;

cout<<object1;

cout<<"\n\t\tOk! Let's try next object...\n\n";

//создадим экземпляр класса Derived с указанием начальных значений

Derived object2('e',26,"Vasya");

cout<<object2;

}

Результат выполнения программы остался прежним, как и в начальном варианте. Итак, Вы уже подготовлены для того, чтобы перейти к следующему разделу Виртуальный базовый класс.