明智而审慎地使用多重继承——条款40

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#多重继承

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本文探讨了C++中多重继承导致的歧义性问题，特别是在函数名冲突时。介绍了如何通过指定基类解决歧义，并讨论了虚拟继承的概念及其在解决钻石型多重继承问题中的作用。虚拟继承虽能避免数据成员的重复，但会增加对象大小和访问速度的开销。

当多重继承（multiple inheritance；MI）进入设计景框，程序有可能从一个以上的base classes继承相同名称（如函数、typedef等等）。那会导致较多的歧义机会。例如：

class BorrowableItem {             // 图书馆允许你借某些东西
public:
	void checkOut();               // 离开时进行检查
	...
};
class ElectronicGadget {
private:
	bool checkOut() const;        // 指向自我检测，返回是否测试成功
	...
};
class MP3Player:                 // 注意这里的多重继承(某些图书馆愿意借出MP3播放器)
    public BorrowableItem, 
    public ElectronicGadget 
{
	...                          // 这里，class的定义不是我们关心重点 
};
MP3Player mp;
mp.checkOut();                   // 歧义！调用的是哪个checkOut？

注意此例之中对checkOut的调用是歧义（模棱两可）的，即使两个函数之中只有一个可取用（BorrowableItem内的checkOut是public，ElectronicGadget内的却是private）。这与C++用来解析（resolving）重载函数的调用的规则相符：在看到是否有个函数可取用之前，C++首先确认这个函数对此调用之言是最佳匹配。找出最佳匹配函数后才检验其可取用性。本例的两个checkOuts有相同的匹配程度（译注：因此才造成歧义），没有所谓最佳匹配。因此ElectronicGadget::checkOut的可取用性也就从未被编译器审查。

为了解决这个歧义，你必须明白指出你要调用哪一个base class内的函数：

mp.BorrowableItem::checkOut(); // 哎呀，原来是这个checkOut...

你当然也可以尝试明确调用ElectronicGadget::checkOut，但然后你会获得一个“尝试调用private成员函数”的错误。

多重继承的意思是继承一个以上的base classes，但这些base classes并不常在继承体系中又有更高级的base classes，因为那会导致要命的“钻石型多重继承”：

任何时候如果你有一个继承体系而其中某个base class和某个derived class之间有一条以上的相通路线（就像上述的File和IOFile之间有两条路径，分别穿越InputFile和OutputFile），你就必须面对这样一个问题：是否打算让base class内的成员变量经由每一条路径被复制？假设File class有个成员变量fileName，那么IOFile内该有多少笔这个名称的数据呢？从某个角度说，IOFile从其每一个base class继承一份，所以其对象内应该有两份fileName成员变量。但从另一个角度说，简单的逻辑告诉我们，IOFile对象只该有一个文件名称，所以它继承自两个base classes而来的fileName不该重复。

C++其缺省做法是执行复制（也就是上一段所说的第一个做法）。如果那不是你要的，你必须令那个带有此数据的class（也就是File）成为一个virtual base class。为了这样做，你必须令所有直接继承自它的classes采用“virtual继承”：

C++标准程序库内含一个多重继承体系，其结构就如右图那样，只不过其classes其实是class templates，名称分别是basic_ios,basic_istream,baseic_ostream和basic_iostream,而非这里的File，InputFile，OutputFile和IOFile。

virtual继承的classes所产生的对象往往比使用non-virtual继承的体积大，访问virtual base classes的成员变量时，也比访问non-virtual base classes的成员变量速度慢。种种细节因编译器不同而异，但基本重点很清楚：你得为virtual继承付出代价。

virtual继承的成本还包括其他方面。支配“virtual base classes初始化”的规则比起non-virtual bases的情况远为复杂且不直观。

我对virtual base classes（亦相当于对virtual继承）的忠告很简单。第一，非必要不使用virtual bases。平常请使用non-virtual继承。第二，如果你必须使用virtual base classes，尽可能避免在其中放置数据。这么一来你就不需担心这些classes身上的初始化（和赋值）所带来的诡异事情了。Java和.NET的Interfaces值得注意，它在许多方面兼容于C++的virtual base classes，而且也不允许含有任何数据。

请记住

多重继承比单一继承复杂。它可能导致新的歧义性，以及对virtual继承的需要。
virtual继承会增加大小、速度、初始化（及赋值）复杂度等等成本。如果virtual base classes不带任何数据，将是最具有实用价值的情况。
多重继承的确有正当用途。其中一个情节涉及“public继承某个Interface class”和“private继承某个协助实现的class”的两相组合。