Ответ.

История вопроса

В C++ иерархии классов могут вызывать проблему ромба (diamond problem), когда от одного базового класса наследуются два потомка, а затем создаётся ещё один класс, наследующийся от этих двух. В таком случае объект класса-наследника будет содержать две независимые копии базового класса. Для решения этой проблемы в C++ и реализовано виртуальное наследование.

Проблема

Если использовать обычное множественное наследование:

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

Объект D будет содержать 2 копии A: одну через B, другую — через C. Это вызывает неоднозначности доступа к A::x и неоправданный расход памяти.

Решение

Виртуальное наследование устраняет дублирование базового класса. Один экземпляр базового класса A будет использоваться всеми потомками:

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

Теперь D содержит только одну копию A, а неоднозначность с доступом к A::x устраняется.

Ключевые особенности:

Исключается проблема ромба (diamond problem)
Виртуальное наследование замедляет доступ к членам базового класса
Конструктор виртуального базового класса вызывается конструктором самого «дальнего» потомка

Вопросы с подвохом.

Почему нельзя решать проблему ромба с помощью явного указания пути через scope resolution?

Scope resolution решает только неоднозначность доступа к членам базового класса, но не убирает лишние копии самого базового класса. Проблема двойной инициализации и двойного хранения данных остаётся.

В каком порядке вызываются конструкторы при виртуальном наследовании?

Конструкторы виртуальных базовых классов вызываются в первую очередь и только один раз, причём непосредственно конструктором самого последнего в иерархии наследования класса.

Пример:

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;
// Вывод: A B C D

Обязательно ли объявлять виртуальное наследование и при объявлении, и при определении класса?

Да, виртуальное наследование должно быть указано везде, где идёт наследование от соответствующего базового класса. Ошибка компиляции иначе неизбежна, а множественное наследование станет обычным.

Типовые ошибки и анти-паттерны

Не указано virtual при наследовании — приводит к появлению двух экземпляров базового класса
Попытка вызывать конструктор виртуального базового класса во всех промежуточных классах — приводит к ошибкам компиляции
Злоупотребление виртуальным наследованием усложняет иерархии и поддерживаемость кода

Пример из жизни

Негативный кейс

Сложная иерархия, в которой не применено виртуальное наследование, из-за чего в объекте оказывается две копии настроек:

Плюсы:

Позволяет легко компилировать и запускать

Минусы:

Данными конфигурации легко запутаться, это ведёт к дефектам «магического» размножения базовых данных

Позитивный кейс

Использовано виртуальное наследование с согласованным конструктором самого верхнего потомка: