Antwort.

Hintergrund der Frage

In C++-Klassenhierarchien kann das Diamantproblem auftreten, wenn von einer Basisklasse zwei Nachkommen erben und dann eine weitere Klasse erstellt wird, die von diesen beiden erbt. In diesem Fall enthält das Objekt der abgeleiteten Klasse zwei unabhängige Kopien der Basisklasse. Um dieses Problem zu lösen, wurde in C++ das virtuelle Erben implementiert.

Problem

Wenn man herkömmliches Mehrfacherben verwendet:

class A { public: int x; };
class B : public A {};
class C : public A {};
class D : public B, public C {};

Das Objekt D enthält 2 Kopien von A: eine über B, die andere über C. Das führt zu Mehrdeutigkeiten beim Zugriff auf A::x und zu unnötigem Speicherverbrauch.

Lösung

Virtuelles Erben beseitigt die Duplikation der Basisklasse. Ein Exemplar der Basisklasse A wird von allen Nachkommen verwendet:

class A { public: int x; };
class B : public virtual A {};
class C : public virtual A {};
class D : public B, public C {};

Jetzt enthält D nur eine Kopie von A, und die Mehrdeutigkeit beim Zugriff auf A::x wird beseitigt.

Schlüsselfunktionen:

Das Diamantproblem wird ausgeschlossen
Virtuelles Erben verlangsamt den Zugriff auf die Mitglieder der Basisklasse
Der Konstruktor der virtuellen Basisklasse wird vom Konstruktor des "am weitesten entfernten" Nachkommen aufgerufen

Fragen mit Fallstricken.

Warum kann das Diamantproblem nicht durch explizite Pfadangaben über den Gültigkeitsbereich gelöst werden?

Die Gültigkeitsbereichsauflösung löst nur die Mehrdeutigkeit beim Zugriff auf die Mitglieder der Basisklasse, beseitigt jedoch nicht die zusätzlichen Kopien der Basisklasse selbst. Das Problem der doppelten Initialisierung und doppelten Datenspeicherung bleibt bestehen.

In welcher Reihenfolge werden die Konstruktoren beim virtuellen Erben aufgerufen?

Die Konstruktoren der virtuellen Basisklassen werden zuerst und nur einmal aufgerufen, und zwar direkt vom Konstruktor der letzten Klasse in der Erbeshierarchie.

Beispiel:

class A { public: A() { std::cout << "A
"; } };
class B : public virtual A { public: B() { std::cout << "B
"; } };
class C : public virtual A { public: C() { std::cout << "C
"; } };
class D : public B, public C { public: D() { std::cout << "D
"; } };

D d;
// Ausgabe: A B C D

Muss virtuelles Erben sowohl bei der Deklaration als auch bei der Definition der Klasse angegeben werden?

Ja, virtuelles Erben muss überall angegeben werden, wo von der entsprechenden Basisklasse geerbt wird. Andernfalls ist ein Kompilierungsfehler unvermeidlich, und die Mehrfachvererbung wird zu einer normalen.

Typische Fehler und Anti-Patterns

Es wurde kein virtual beim Erben angegeben — führt zu zwei Instanzen der Basisklasse
Versuch, den Konstruktor der virtuellen Basisklasse in allen Zwischenschichten aufzurufen — führt zu Kompilierungsfehlern
Missbrauch von virtuellem Erben erschwert die Hierarchien und die Wartbarkeit des Codes

Beispiel aus dem Leben

Negativer Fall

Eine komplexe Hierarchie, in der virtuelles Erben nicht angewendet wurde, wodurch im Objekt zwei Kopien der Einstellungen vorhanden sind:

Vorteile:

Ermöglicht einfaches Kompilieren und Ausführen

Nachteile:

Mit den Konfigurationsdaten kann man leicht durcheinander kommen, was zu Defekten des „magischen“ Duplizierens basaler Daten führt

Positiver Fall

Es wurde virtuelles Erben mit einem konsistenten Konstruktor des obersten Nachkommen verwendet: