Является ли множественное наследование от того же базового класса через разные родительские классы действительно проблемой?

Question

Я хочу реализовать иерархию наследования в моей C++ игровой движок, который имеет некоторые аналогии с Java:

• все объекты наследуют от класса Object,
• некоторые функциональные возможности обеспечиваются интерфейсами.

Это просто аналогия, что дает мне некоторые преимущества (не является строгим 1: 1 Java: C++ отображения, которые не возможно).

Под «интерфейсом» я имею в виду здесь класс с чистыми виртуальными, общедоступными методами. Я знаю, что это не точное и точное определение.

Так что я сделал:

class Object{...}; 

/* interfaces */ 
class Nameable : public Object{...}; 
class Moveable : public Object{...}; 
class Moveable3D : public Moveable{...}; 
class Moveable2D : public Moveable{...}; 

class Model3D : public Moveable3D, public Nameable{...} 
class Line3D : public Moveable3D{...} 
class Level: public Nameable{...} 
class PathSolver : public Object{...} 

Как вы можете видеть, Model3D Теперь наследуется от Object через несколько способов:

• Moveable3D -> Moveable -> Object,
• Nameable -> Object.

И мой компилятор в VS2013 (VC++) предупреждает меня об этом.

Это проблема?

Если да, то как решить проблему, чтобы получить лучшую структуру наследования?

Я думал о двух направлениях, но оба имеют больше недостатков, то преимущества:

1. сбросив наследования между, например, Nameable и Object. Но таким образом Level потерял бы свое наследство от Object тоже (и мой первый гол был: все объекты наследуют от Object класс).
2. Я также мог бы опустить : public Objectс каждого интерфейса. Но таким образом я был бы вынужден вручную набирать :public Object в каждом из многих финальных классов двигателей (Model3D, Line3D, Level, PathSolver). Таким образом, рефакторинг и создание новых конечных типов будут сложнее. Кроме того, информация о том, что каждый интерфейс будет гарантированно наследовать от Object, теряется именно так.

Я хотел бы избежать виртуального наследования (один уровень абстракции дальнейшего) если это не нужно. Но может быть, это (по крайней мере, для : public Object)?

Answer 1

As said by Juraj Blaho Канонический способ решения этой проблемы - виртуальное наследование. Одной из реализационных моделей виртуального наследования является добавление записи в vtable классов с использованием виртуального наследования, указывающего на реальный уникальный объект из базового класса.Таким образом, вы получите следующее наследство графа:

   Model3D 
      /  \ 
    Moveable3D Nameable 
      |   | 
     Moveable  | 
      \  /
      Object 

То есть вы должны иметь:

class Nameable : public virtual Object{...}; 
class Moveable : public virtual Object{...}; 

Другие классы не нужны виртуального наследования

---

без виртуального наследования графа было бы

   Model3D 
      /  \ 
    Moveable3D Nameable 
      |   | 
     Moveable  | 
      |   | 
     Object Object 

с 2-мя различными экземплярами объекта

Самая сложная часть в виртуальном наследования является вызов конструкторов (ссылка Virtual Inheritance in C++, and solving the diamond problem) Поскольку существует только один экземпляр виртуального базового класса, который является общим для нескольких классов, которые наследуют от он, конструктор для виртуального базового класса не вызывается классом, который наследует от него (каким образом вызываются конструкторы, когда каждый класс имеет свою собственную копию своего родительского класса), поскольку это означает, что конструктор будет выполняться несколько раз. Вместо этого конструктор вызывается конструктором конкретного класса. ... Между прочим, конструкторы виртуальных базовых классов всегда вызывают перед конструкторами для не виртуальных базовых классов. Это гарантирует, что класс, наследующий от виртуального базового класса, может быть уверен, что виртуальный базовый класс безопасен для использования внутри конструктора наследующего класса. Порядок деструктора в иерархии классов с виртуальным базовым классом следует тем же правилам, что и остальные C++: деструкторы работают в противоположном порядке конструкторов. Другими словами, виртуальный базовый класс будет последним уничтоженным объектом, потому что он является первым объектом, который полностью сконструирован.

Но реальная проблема заключается в том, что это Dreadful Алмазные на деривации часто рассматривается как плохой дизайн иерархии и явно запрещено в Java.

Но IMHO, что виртуальное наследование C++ делает под капотом, не так далеко от того, что у вас было бы, если бы все ваши классы интерфейса были чистыми абстрактными классами (только чистые виртуальные общедоступные методы), не наследуемыми от Object, и если все классы реализации явно наследовал объект. Использование этого или нет зависит от вас: ведь это часть языка ...

Answer 2

Сначала убедитесь, что Model3D (который использует множественное наследование) должен обеспечивать интерфейс как от его базовых классов i.e Nameable а также Model3D. Поскольку из имени, которое вы предоставили своему классу, мне кажется, что Nameable следует лучше реализовать как член 'Model3D'.

Кроме того, большинство проблем в множественном наследовании приходит, если базовые классы имеют свои собственные данные. Как и тогда, вам нужно решить, будет ли базовый класс виртуальным или нет и т. Д. Однако вы упомянули, что базовые классы - это весь интерфейс, имеющий хотя бы одну чистую виртуальную функцию. Итак, я думаю, вы можете избежать многих проблем множественного наследования.

Answer 3

Использование виртуального наследования интерфейсов. Это гарантирует, что существует только один экземпляр базового класса в производных классах:

class Object{...}; 

/* interfaces */ 
class Nameable : public virtual Object{...}; 
class Moveable : public virtual Object{...}; 
class Moveable3D : public virtual Moveable{...}; 
class Moveable2D : public virtual Moveable{...}; 

class Model3D : public virtual Moveable3D, public virtual Nameable{...} 
class Line3D : public virtual Moveable3D{...} 
class Level: public virtual Nameable{...} 
class PathSolver : public virtual Object{...} 

без виртуального наследования существует несколько экземпляров одного и того же основания в объекте, который будет причиной того, что вы не сможете подставить конкретный тип, где необходим интерфейс:

void workWithObject(Object &o); 

Model3D model; 
workWithObject(model); 

Answer 4

Да, это вопрос: В макете памяти Model3D, есть два подобъектов типа Object; один является подобъектом Movable3D, другой - Nameable. Таким образом, эти два подобъекта могут содержать разные данные. Это особенно проблема, если класс объекта содержит функциональные возможности, связанные с идентификацией объекта. Например, класс Object, который реализует подсчет ссылок, должен быть уникальным подобъектом всех объектов; объект, который имеет два разных подсчета ссылок, очень вероятно очень плохая идея ...

Чтобы избежать этого, используйте виртуальное наследование. Только виртуальное наследование, что требуется, из Object базового класса:

class Objec{...]; 

class Nameable : public virtual Object{...}; 
class Moveable : public virtual Object{...}; 
class Moveable3D : public Moveable{...}; 
class Moveable2D : public Moveable{...}; 

class Model3D : public Movable3D, public Nameable{...}; 
... 

Answer 5

Виртуальное наследование будет навести порядок в вашей иерархии классов. Несколько вещей, которые необходимо обратить внимание на:

• Не смешивайте виртуальное/не виртуальное наследование для того же базового класса в своей иерархии, если вы действительно не знаете, что делаете.
• Порядок инициализации становится сложным. Конструктор фактически унаследованного класса будет вызываться только один раз. Конструктор будет принимать аргументы из самого производного класса. Если вы не укажете его явно в Moveable3D, будет вызываться конструктор по умолчанию, даже если Moveable заданы аргументы для конструктора Object. Поэтому, чтобы избежать беспорядка, убедитесь, что вы используете только конструкторы DEFAULT во всех классах, которые вы наследуете практически.