Опубликован: 17.10.2005 | Доступ: свободный | Студентов: 7951 / 285 | Оценка: 4.38 / 4.10 | Длительность: 41:16:00
ISBN: 978-5-7502-0255-3
Специальности: Программист
Лекция 15:

Множественное наследование

Дублируемое наследование

Дядюшка Жак: С кем желаете Вы говорить, сударь, с конюхом или с поваром? Ибо я у Вас и то, и другое.

Мольер, "Скупой"

Дублируемое наследование (repeated inheritance) возникает, когда класс является потомком другого класса более чем на одном пути наследования. При этом возникает потенциальная неоднозначность, которую и следует разрешить.

В явном виде такой вариант наследования возникает только в достаточно серьезных разработках. Если вас интересуют лишь ключевые составляющие объектной методологии, то можно сразу перейти к чтению следующей лекции.

Общие предки

Множественное наследование не запрещает, например, того, чтобы класс D был наследником классов B и C, каждый из которых является потомком класса A. Эту ситуацию и называют дублируемым наследованием.

Дублируемое наследование

Рис. 15.15. Дублируемое наследование

Если B и C наследники потомков A, (случай 1), то такое наследование именуется косвенным. Если A, B и C - это один класс (случай 2), - наследование именуется прямым, что может быть записано в виде:

class D inherit
         A
         A
         ...
feature
         ...
end

По обе стороны океана

Следующий пример позволит нам промоделировать ситуацию дублируемого наследования и изучить возникающие проблемы. Пусть класс DRIVER имеет атрибуты:

age: INTEGER
address: STRING
violation_count: INTEGER    -- Число записанных нарушений

и методы:

pass_birthday is do age := age + 1 end
pay_fee is
                           -- Оплата ежегодной лицензии.
                  do ... end

Класс наследник, US_DRIVER учитывает налоговое законодательство США, другой, FRENCH_DRIVER, - налоговое законодательство Франции.

Рассмотрим категорию людей, которым в течение года приходится водить машину в обеих странах. Нужного класса у нас еще нет, и простым решением этой проблемы кажется множественное наследование. Опишем класс FRENCH_US_DRIVER как порожденный от US_DRIVER и FRENCH_DRIVER. Налицо дублируемое наследование.

Типы водителей

Рис. 15.16. Типы водителей

Совместное использование и репликация

Из приведенного примера вытекает основная проблема дублируемого наследования: каков смысл компонентов дублируемого потомка ( FRENCH_US_DRIVER ), полученных от дублируемого предка ( DRIVER )?

Рассмотрим компонент age. Он наследуется от обоих потомков DRIVER, так что, на первый взгляд, возникает конфликт имен, требующий переименования. Однако такое решение было бы неадекватно проблеме, так как реального конфликта здесь нет - атрибут age унаследованный от DRIVER, задает возраст водителя, и он один и тот же для всех потомков (если только не менять свои данные в зависимости от страны пребывания). То же относится к процедуре pass_birthday.

Внимательно перечитайте правило о конфликте имен:

Класс, наследующий от разных родителей различные компоненты с идентичным именем, некорректен.

Компоненты age (также как и pass_birthday ), наследованные классом FRENCH_US_DRIVER от обоих родителей, не являются " различными ", поэтому реального конфликта не возникает. Заметьте, неоднозначность могла бы возникнуть лишь в случае переопределения компонента в одном из классов. Чуть позже мы покажем, как справиться с этой проблемой, а пока предположим, что переопределений не происходит.

Если компонент дублируемого предка под одним и тем же именем наследуется от двух и более родителей, он становится одним компонентом дублируемого потомка. Этот случай будем называть совместным использованием компонента ( sharing ).

Всегда ли применяется совместное использование? Нет. Рассмотрим компоненты address, pay_fee, violation_count. Обращаясь в службу регистрации автотранспорта в разных странах, водители скорее всего будут указывать разные адреса и по-разному платить ежегодные сборы. Впрочем, и нарушения правил тоже будут различны. Каждый из таких компонентов, следует представить в дублируемом потомке двумя разными компонентами. Данный случай будем называть репликацией (replication).

Этот, да и другие примеры, свидетельствует о том, что мы не добьемся желаемого, если все компоненты дублируемого предка будем использовать совместно или наоборот реплицировать. Поэтому необходима возможность настройки каждого компонента при дублируемом наследовании.

Чтобы совместно использовать один из компонентов, достаточно под одним именем унаследовать исходную версию этого компонента от обоих родителей. Но как реализовать репликацию? Делая все наоборот: породив один компонент под двумя разными именами.

Эта идея не противоречит общему правилу, согласно которому каждое имя в классе служит обозначением лишь одного компонента. Поэтому репликация компонента означает переименование при наследовании.

Правило дублируемого наследования

У дублируемого потомка версии дублируемого компонента, наследуемые под одним и тем же именем, представляют один компонент. Версии, наследуемые под разными именами, представляют разные компоненты, являясь репликацией оригинала дублируемого предка.

Это правило, распространяясь как на атрибуты, так и на методы, дает нам мощный механизм репликации: из одного компонента класса его потомки могут получить два или более компонента. Для атрибутов оно означает введение нового поля во всех экземплярах класса, для метода - новую процедуру или функцию, изначально - с тем же алгоритмом работы.

За исключением особых случаев, включающих переопределение, репликация может носить только концептуальный характер: фактического дублирования кода не происходит, но дублируемый потомок имеет доступ к двум компонентам.

Правило придает желаемую гибкость процессу объединения классов. Вот как может выглядеть класс FRENCH_US_DRIVER:

class FRENCH_US_DRIVER inherit
         FRENCH_DRIVER
                  rename
                           address as french_address,
                           violation_count as french_violation_count,
                           pay_fee as pay_french_fee
                  end
         US_DRIVER
                  rename
                           address as us_address,
                           violation_count as us_violation_count,
                           pay_fee as pay_us_fee
                  end
feature
         ...
end

В данном случае смена имен происходит на последнем этапе - у дублируемого потомка, но полное или частичное переименование могло быть выполнено и родителями - US_DRIVER и FRENCH_DRIVER. Важно, что будет в конце, - получит ли компонент при дублируемом наследовании одно или разные имена.

Компоненты age и pass_birthday переименованы не были, а потому, как мы и хотели, они используются совместно.

Реплицируемый атрибут, скажем, address, в каждом экземпляре класса FRENCH_US_ DRIVER будет представлен несколькими полями данных. Тогда при условии, что эти классы содержат только указанные нами компоненты, их экземпляры будут выглядеть как на рис. 15.18.

Совместное использование и репликация

Рис. 15.17. Совместное использование и репликация
Репликация атрибутов

Рис. 15.18. Репликация атрибутов

(Организация FRENCH_DRIVER и US_DRIVER аналогична организации DRIVER, см. рисунок.)

Особенно важным в реализации классов является умение избегать репликации совместно используемых компонентов, например age из FRENCH_US_DRIVER. Не имея достаточно опыта, можно легко допустить такую ошибку и реплицировать все поля класса. Тратить память впустую недопустимо, так как по мере спуска по иерархии "мертвое" пространство будет лишь возрастать, что приведет к катастрофически неэффективному расходованию ресурсов. (Помните, что каждый атрибут во время выполнения потенциально представлен во многих экземплярах класса и его потомков.)

Механизм компиляции, описанный в конце этой книги, на деле дает гарантию того, что потерь памяти на атрибуты не будет, - концептуально совместно используемые (shared) атрибуты класса будут располагаться в общей для них (shared) физической памяти. Это - один из сложнейших компонентов реализации наследования и вызовов при динамическом связывании. Ситуация усложняется еще и тем, что подобное дублируемое наследование не должно влиять на производительность, что означает:

  • нулевые затраты на поддержку универсальности;
  • низкие, ограниченные константой, затраты на динамическое связывание (не зависящие от наличия в системе дублируемого наследования классов).

Поскольку существует реализация, отвечающая этим целям, то и в любой системе техника дублируемого наследования не должна требовать значительных издержек.

Дублируемое наследование в С++ следует другому образцу. Уровень, на котором принимается решение, разделять или дублировать компоненты, - это класс. Поэтому при необходимости дублирования одного компонента, приходится дублировать все. В Java эта проблема исчезает, поскольку запрещено множественное наследование.
Александр Шалухо
Александр Шалухо
Анатолий Садков
Анатолий Садков

При заказе pdf документа с сертификатом будет отправлен только сертификат или что-то ещё?

Игорь Плисюк
Игорь Плисюк
Украина
Иван Севастьянов
Иван Севастьянов
Россия