29-04-2024
Виртуа́льное насле́дование (англ. virtual inheritance) в языке программирования C++ — один из вариантов наследования, который нужен для решения некоторых проблем, порождаемых наличием возможности множественного наследования (особенно «ромбовидного наследования»), путем разрешения неоднозначности того, методы которого из суперклассов (непосредственных классов-предков) необходимо использовать. Оно применяется в тех случаях, когда множественное наследование вместо предполагаемой полной композиции свойств классов-предков приводит к ограничению доступных наследуемых свойств вследствие неоднозначности. Базовый класс, наследуемый множественно, определяется виртуальным с помощью ключевого слова virtual
.
Содержание |
Рассмотрим следующую иерархию классов:
class Animal { public: virtual void eat(); // Метод определяется для данного класса }; class Mammal : public Animal { public: virtual Color getHairColor(); }; class WingedAnimal : public Animal { public: virtual void flap(); }; // A bat is a winged mammal class Bat : public Mammal, public WingedAnimal {}; //<--- обратите внимание, что метод eat() не переопределен в Bat Bat bat;
Но как летучая мышь ест? Что происходит при вызове метода bat.eat()
?
В вышеприведенном коде вызов bat.eat()
является неоднозначным. Он может относиться как к Bat::WingedAnimal::Animal::eat()
так и к Bat::Mammal::Animal::eat()
. И у каждого наследника (WingedAnimal, Mammal) метод eat() определен по-своему. Проблема в том, что семантика традиционного множественного наследования не соответствует моделируемой им реальности. В некотором смысле, сущность Animal
единственна по сути; Bat
— это Mammal
и WingedAnimal
, но свойство животности (Animal
ness) летучей мыши (Bat
), оно же свойство животности млекопитающего (Mammal
) и оно же свойство животности WingedAnimal
— по сути это одно и то же свойство.
Такая ситуация обычно именуется diamond inheritance («ромбическое наследование») и представляет из себя проблему, которую призвано решить виртуальное наследование.
Прежде чем продолжить, полезным будет рассмотреть, как классы представляются в C++. В частности, при наследовании классы предка и наследника просто помещаются в памяти друг за другом. Таким образом объект класса Bat это на самом деле последовательность объектов классов (Animal,Mammal,Animal,WingedAnimal,Bat), размещенных последовательно в памяти, при этом Animal повторяется дважды, что и приводит к неоднозначности.
Мы можем переопределить наши классы следующим образом:
class Animal { public: virtual void eat(); }; // Two classes virtually inheriting Animal: class Mammal : public virtual Animal // <--- обратите внимание на ключевое слово virtual { public: virtual Color getHairColor(); }; class WingedAnimal : public virtual Animal // <--- обратите внимание на ключевое слово virtual { public: virtual void flap(); }; // A bat is still a winged mammal class Bat : public Mammal, public WingedAnimal {};
Теперь, часть Animal
объекта класса Bat::WingedAnimal
та же самая, что и часть Animal
, которая используется в Bat::Mammal
, и можно сказать, что Bat
имеет в своем представлении только одну часть Animal
и вызов Bat::eat()
становится однозначным.
Виртуальное наследование реализуется через добавление указателей на виртуальную таблицу vtable в классы Mammal
и WingedAnimal
, это делается в частности потому, что смещение памяти между началом Mammal
и его Animal
части неизвестно на этапе компиляции, а выясняется только во время выполнения. Таким образом, Bat
представляется, как (vtable*, Mammal, vtable*, WingedAnimal, Bat, Animal). Два указателя vtable на объект увеличивают размер объекта на величину двух указателей, но это обеспечивает единственность Animal
и отсутствие многозначности. Нужны два указателя vtables: по одному на каждого предка в иерархии, который виртуально наследуется от Animal
: один для Mammal
и один для WingedAnimal
. Все объекты класса Bat
будут иметь одни и те же указатели vtable *, но каждый отдельный объект Bat
будет содержать собственную реализацию объекта Animal
. Если какой-нибудь другой класс будет наследоваться от Mammal
, например Squirrel (белка), то vtable* в объекте Mammal
объекта Squirrel
будет отличаться от vtable* в объекте Mammal
объекта Bat
, хотя в особом случае они по-прежнему могут быть одинаковы по сути: когда часть Squirrel
объекта имеет тот же самый размер, что и часть Bat
, поскольку, тогда расстояние от реализации Mammal
до части Animal
будет одинаковым. Но сами виртуальные таблицы vtables будут все же разными, в отличие от располагаемой в них информации о смещениях.
Чтобы понять суть виртуального наследование без лишнего "шума", следует рассмотреть следующий пример:
#include <iostream> class A { public: int foo() { return 1; } }; class B: public virtual A { public: }; class C : public virtual A { public: }; class D : public B, public C {}; int main() { D d; std::cout << d.foo(); return 0; }
Если убрать ключевое слово virtual, то метод foo() не будет доступен как объект класса D и код не скомпилуруется.
Виртуальное наследование если, виртуальное наследование 7\/18.
Чантурия Валентин Алексеевич, Файл:Орден Трудового Красного Знамени АрССР Вариант 1926 г.jpg, Чёрные колючие акулы, Науэн, Гейнрих, Обыкновенный прус.