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

Ненавязчивое дублирующее наследование

На практике не столь часто встречаются примеры, подобные "межконтинентальным" водителям, в которых нужны и репликация компонентов, и их совместное применение. Они не для новичков. Следует приобрести опыт, чтобы браться за них.

Иначе в попытке использовать дублирующее наследование "в лоб", можно лишь все усложнить, когда это и не нужно.

Избыточное наследование

Рис. 15.19. Избыточное наследование

На рисунке показана типичная ошибка начинающих (или рассеянных разработчиков): класс D объявлен наследником B, ему нужны также свойства класса A, но B сам является потомком A. Забыв о транзитивности наследования, разработчик пишет:

class D ... inherit
         B
         A
...

В итоге возникает дублируемое наследование. Его избыточность очевидна. Впрочем, при надлежащем соблюдении принятых соглашений все компоненты классов (при сохранении их имен) будут использоваться совместно, новых компонентов не появится, и дополнительных издержек не будет. Даже если в B часть имен атрибутов меняется, единственным следствием этого станет лишь некоторый расход памяти.

Из этого есть только одно исключение: случай, когда B переопределяет один из компонентов A, что приведет к неоднозначности в D. Но тогда, как будет показано ниже, компилятор выдаст сообщение об ошибке, предлагая выбрать в D один из двух вариантов компонента.

Избыточное, хотя и безвредное наследование может произойти, если A - это класс, реализующий универсальные функции, например ввода-вывода, необходимые B и D. В этом случае достаточно объявить D наследником B. Это автоматически делает D потомком A, что позволяет обращаться ко всем нужным функциям. Избыточное наследование не нанесет никакого вреда, оставшись практически без последствий.

Такие случаи "безвредного" наследования могут происходить при порождении от универсальных классов ANY и GENERAL, речь о которых пойдет в следующей лекции.

Правило переименования

В этом разделе мы не введем никаких новых понятий, а лишь точнее сформулируем известные правила и приведем пример, призванный пояснить сказанное.

Начнем с запрета возникновения конфликта имен:

Определение: финальное имя

Финальным именем компонента класса является:

  • Для непосредственного компонента (объявленного в самом классе) - имя, под которым он объявлен.
  • Для наследуемого компонента без переименования - финальное имя компонента (рекурсивно) в том родительском классе, от которого оно унаследовано.
  • Для переименованного компонента - имя, полученное при переименовании.

Правило одного имени

Разные эффективные компоненты одного класса не могут иметь одно и то же финальное имя.

Конфликт имен происходит в том случае, когда два разных по сути компонента, оба эффективные (реализованные), имеют одно финальное имя. Такой конфликт делает класс некорректным, однако ситуацию легко исправить, добавив надлежащее предложение переименования.

Ключевым в тексте правила является слово " разные ". Если под одним именем мы наследуем от родителей компонентов их общего предка, действует принцип совместного использования компонентов: наследуется один компонент, и конфликта имен не возникает.

Запрет на дублирование имен касается лишь эффективных компонентов. Если один или более компонентов с омонимичными именами являются отложенными, их можно фактически слить воедино, поскольку отсутствует несовместимость реализаций. Подробнее мы поговорим об этом чуть ниже.

Приведенные правила просты и интуитивны. Чтобы в последний раз нам убедиться в их правильном понимании, построим простой пример, демонстрирующий допустимые и недопустимые варианты наследования.

Два варианта наследования

Рис. 15.20. Два варианта наследования
class A feature
         this_one_OK: INTEGER
end
class B inherit A feature
         portends_trouble: REAL
end
class C inherit A feature
         portends_trouble: CHARACTER
end
class D inherit
                  -- Это неправильный вариант!
         B
         C
end

Класс D наследует this_one_OK дважды, один раз от B, другой раз - от C. Конфликта имен не возникает, поскольку данный компонент будет использоваться совместно. На самом деле, это - один компонент предка A.

Два компонента portend_trouble ("предвещающие беду") заслуженно получили такое имя. Они различны, потому их появление в D ведет к конфликту имен, делая класс некорректным. (У них разные типы, но и одинаковые типы никак не повлияли бы на ход нашего обсуждения.)

Переименовав один из компонентов, мы с легкостью сделаем D корректным:

class D inherit
                  -- Этот вариант класса теперь полностью корректен.
         B
rename portends_trouble as does_not_portend_trouble_any_more end
         C
end

Конфликт переопределений

Пока в ходе наследования мы меняли лишь имена. А что, если промежуточный предок, такой, как B или C (см. последний рисунок), переопределит дублируемо наследуемый компонент? При динамическом связывании это может привести к неоднозначности в D.

Проблему решают два простых механизма: отмена определения (undefinition) и выделение (selection). Как обычно, вы сами примете участие в их разработке и убедитесь в том, что при четкой постановке задачи нужная конструкция языка становится совершенно очевидной.

Пусть дублируемо наследуемый компонент переопределяется в одной из ветвей:

Переопределение - причина потенциальной неоднозначности

Рис. 15.21. Переопределение - причина потенциальной неоднозначности

Класс B переопределяет f. Поэтому в D этот компонент представлен в двух вариантах: результат переопределения в B и исходный вариант из A, полученный через класс C. (Можно предполагать, что и C переопределяет f, но это не внесет в наше рассуждение ничего нового.) Такое положение дел отличается от предыдущих случаев, в которых мы имели лишь один вариант компонента, возможно, наследуемый под разными именами.

Что произойдет в результате? Ответ зависит от того, под одним или разными именами класс D наследует варианты компонентов. Подразумевает ли дублируемое наследование репликацию или совместное использование? Рассмотрим эти случаи по порядку.

Конфликт при совместном использовании: отмена определения и соединение компонентов

Предположим вначале, что две версии наследуются под одним и тем же именем. Это случай совместного использования. Одному имени должен в точности соответствовать один компонент. Возможны три ситуации.

  1. Если одна версия отложена, а другая - эффективна, то сложностей не возникает, будет использован эффективный вариант компонента. Заметим, что этот случай явно предусмотрен правилом одного имени: речь в нем идет лишь о конфликте имен двух эффективных версий.
  2. Каждая версия эффективна, однако обе они переопределяются в D в предложении redefine. Проблемы снова не возникает, поскольку обе версии сливаются в одну, переопределяемую в тексте класса.
  3. Обе версии эффективны, но обе не переопределяются, тогда действительно возникает конфликт имен. Класс D будет отвергнут, как нарушающий правило одного имени.

Нередко (3) означает ошибку: создана неоднозначность имен, и ее необходимо исправить. Тривиальным решением проблемы является переименование одного из вариантов, но тогда мы от рассматриваемого случая совместного использования переходим к репликации, изучаемой ниже.

Есть и другая, более изощренная возможность решения конфликта (3). Она состоит в том, чтобы позволить одному из вариантов "взять верх" над другим. Дальнейшее очевидно - свести эту ситуацию к (1), сделав один из двух вариантов отложенным.

Правила переопределения дают возможность переопределить компонент f как отложенный, хотя для этого и потребуется ввести промежуточный класс, скажем C', - наследника C, единственная роль которого - в переопределении отложенного f. Затем класс D должен быть порожден не от C, а от C'. Сложно и некрасиво. Вместо этого нам нужен простой языковой механизм: undefine. В секции наследования класса он приводит к появлению нового предложения:

class D inherit
         B
         C
                 undefine f end
feature
         ...
end

Синтаксически предложение undefine следует за rename (всякая отмена определения должна действовать на окончательный вариант имени компонента), но до redefine (прежде, чем что-то переопределять, мы должны позаботиться об отмене ненужных определений).

Признаком того, что предлагаемый языковой механизм желателен, почти всегда является его направленность на решение нескольких проблем (соответственно, плохой механизм создает больше проблем, чем решает). Механизм отмены определений отвечает этому требованию: он позволяет соединять компоненты в условиях множественного (не обязательно - дублируемого) наследования. Пусть мы хотим свести воедино две абстракции:

Два родителя и слияние компонентов

Рис. 15.22. Два родителя и слияние компонентов

Мы хотим, чтобы D трактовал f и g как один компонент. Очевидно, это возможно лишь при условии совместимости семантики и сигнатур обоих компонентов (числа и типов аргументов и результата, если он есть). Допустим, что имена компонентов различны, и мы хотели бы сохранить имя f. Добиться желаемого можно, объединив переименование с отменой определения:

class D inherit
         B
         C
                 rename
                          g as f
                 undefine
                          f
                 end
feature
         ...
end

B получил полное превосходство над C, передавая классу D как сам компонент, так и его имя. Возможны и другие сочетания: компонент можно получить от одного из родителей, имя - от другого; можно переименовать оба компонента, присвоив им новое имя в D.

Еще один, более "симметричный" вариант соединения компонентов, заключается в замене обоих унаследованных вариантов на новый компонент. Достаточно указать оба компонента в предложении redefine, убедившись предварительно, что оба компонента имеют одно и то же финальное имя (добавив, если надо, выражение rename ). В результате конфликта имен не возникнет (случай (2)), а объединение двух вариантов даст новый компонент.

Конфликты при репликации: выделение

Рассмотрим теперь случай конфликтов переопределений, связанных с репликацией. Пусть при дублируемом наследовании происходит переопределение и переименование эффективного компонента, так что имеем два эффективных компонента, наделенных собственными именами.

Необходимость выделения

Рис. 15.23. Необходимость выделения

Представленный на рисунке класс B меняет имя f на bf и переопределяет сам компонент. При этом мы опять полагаем, что C никак не меняет f, иное предположение нисколько не повлияет на ход нашего рассуждения. Более того, результат остался бы прежним, если бы B переопределял компонент f без его переименования, которое мы могли отложить до описания D. Допустим также, что речь не идет о соединении компонентов (которое происходит при переопределении обоих или отмене определения одного).

Поскольку компоненты наследуются под разными именами, то происходит их репликация. Класс D получает пару независимых компонентов, которые, в отличие от предыдущих случаев репликации, не являются копиями одного и того же компонента.

В отличие от случая совместного использования не возникает конфликта имен. Однако возникают другие конфликты, относящиеся к динамическому связыванию. Пусть полиморфная сущность a1 типа A (общий предок) на этапе выполнения связывается с экземпляром типа D (общим потомком). Что тогда означает вызов a1.f?

Правило динамического связывания гласит: вызываемый вариант f выбирается с учетом типа цели - объекта D. Но теперь это впервые нельзя истолковать однозначно: D содержит два равноценных варианта, известных под именами f и bf, соответствующих оригиналу f класса A.

Как и при конфликте имен, нельзя позволять компилятору делать выбор, пользуясь собственными правилами, - это противоречило бы принципам ясности и надежности. Управление ситуацией должно оставаться за автором разработки.

Для устранения неоднозначности необходим простой языковой механизм - предложение select. Вот версия класса, в которой предпочтение при динамическом связывании сущности f типа A отдается версии класса C:

class D inherit
         B
         C
                 select f end
feature
         ...
end

В этом варианте предпочтение отдается версии класса B:

class D inherit
         B
                 select bf end
         C
feature
         ...
end

Синтаксически предложение select следует за предложениями rename, undefine и redefine, если таковые имеются (выбор осуществляется после переименования и переопределения). Применение этого механизма регламентирует следующее правило:

Правило выделения

Класс, наследовавший две или более различные и эффективные версии компонента дублируемого предка и не переопределивший их, должен включить одну из них в предложение select.

Механизм select устраняет неоднозначность раз и навсегда. Потомкам класса нет необходимости (и они не должны) повторять выделение.

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
Алексей Чапцев
Алексей Чапцев
Россия, Майкоп