Стенли Липпман - Язык программирования C++. Пятое издание

Хотя список наследования класса не может включать тот же базовый класс несколько раз, класс вполне может унаследовать тот же базовый класс многократно. Тот же базовый класс может быть унаследован косвенно, от двух его собственных прямых базовых классов, либо он может унаследовать некий класс и прямо, и косвенно, через другой из его базовых классов.

Например, библиотечные классы ввода-вывода istreamи ostreamпроисходят от общего абстрактного базового класса basic_ios. Этот класс содержит буфер потока и управляет флагом состояния потока. Класс iostream, способный и читать, и писать в поток, происходит непосредственно и от класса istream, и от класса ostream. Поскольку оба класса происходят от класса basic_ios, класс iostreamнаследует этот базовый класс дважды: один раз от класса istreamи один раз от класса ostream.

По умолчанию объект производного класса содержит отдельные части, соответствующие каждому классу в его цепи наследования. Если тот же базовый класс наследуется несколько раз, то у объекта производного класса будет больше одного внутреннего объекта этого типа.

Для такого класса, как iostream, это стандартное поведение не работает. Объект класса iostreamдолжен использовать тот же буфер и для чтения, и для записи, а его флаг должен отражать состояние операций и ввода, и вывода. Если у объекта класса iostreamбудут две копии объекта класса basic_ios, то их совместное использование невозможно.

В языке С++ для решения этой проблемы используется виртуальное наследование (virtual inheritance). Виртуальное наследование позволяет классу указать, что его базовый класс будет использоваться совместно. Совместно используемый внутренний объект базового класса называется виртуальным базовым классом (virtual base class). Независимо от того, сколько раз тот же базовый виртуальный класс присутствует в иерархии наследования, объект производного класса содержит только один совместно используемый внутренний объект этого виртуального базового класса.

В прошлом велись дебаты о принадлежности вида панда к семейству енотов или медведей. Чтобы отобразить эти сомнения, изменим класс Pandaтак, чтобы он происходил и от класса Bear, и от класса Raccoon. Чтобы избавить класс Pandaот двух частей базового класса ZooAnimal, определим наследование классов Bearи Raccoonот класса ZooAnimalкак виртуальное. Новая иерархия представлена на рис. 18.3.

Рис. 18.3. Виртуальное наследование в иерархии класса Panda

Глядя на новую иерархию, можно заметить неочевидный аспект виртуального наследования. Виртуальное наследование должно быть осуществлено прежде, чем в нем возникнет потребность. Например, в этих классах потребность в виртуальном наследовании возникает только при определении класса Panda. Но если бы классы Bearи Raccoonне определили бы свое происхождение от класса ZooAnimalкак виртуальное, конструкция класса Pandaбыла бы неудачна.

На практике необходимость наличия промежуточного базового класса при виртуальном наследовании редко создает проблемы. Обычно иерархия классов, в которой используется виртуальное наследование, разрабатывается сразу и одним лицом (или группой разработчиков). Ситуации, когда разработку виртуального базового класса необходимо поручить независимому производителю, чрезвычайно редки, а разработчик нового базового класса не может внести изменения в существующую иерархию.

Виртуальное наследование влияет на те классы, которые происходят от виртуального базового класса впоследствии; оно не влияет на класс производный непосредственно.

Базовый класс объявляется виртуальным при помощи ключевого слова virtualв списке наследования:

// порядок расположения ключевых слов public и virtual несуществен

class Raccoon : public virtual ZooAnimal { /* ... */ };

class Bear : virtual public ZooAnimal { /* ... */ };

Здесь класс ZooAnimalобъявлен виртуальным базовым для классов Bearи Raccoon.

Спецификатор virtualзаявляет о готовности совместно использовать единый экземпляр указанного базового класса в последующих производных классах. Нет никаких особых ограничителей на классы, используемые как виртуальные базовые классы.