Read times:3153Posted at:Mon May 29 11:26:01 2017

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《C++面向对象软件设计及构建》文章翻译：6.10多重继承,6.10 Multiple Inheritance

多重继承，指的是，派生类同时继承了多个基类。之前的示例中，都只是用到了单重继承，也就是，每个派生类都只继承一个基类。多重继承，有个明显的好处，那就是，它使得多个基类的行为能够直接且无缝地组合起来。不过，并非所有的面向对象语言都支持多重继承。反对多重继承的人，经常拿使用过程中的一些微妙问题来说事，例如，当一个派生类同时从多个基类继承了方法相同（也就是说，方法的特征签名一致）而代码不同的方法时，其行为会是什么样的。

在本章节中，会说明两种对于多重继承来说狠有用且直观的场景：将两个正交的（orthogonal）(互相独立的)基类组合起来；以及，将一个抽象接口和一个实体实现组合起来。前面一种用法中，通过将已有的基类组合起来而提升了代码复用性。而后面一种用法呢，增加了额外的灵活性，并提升了多态性。

1 将正交的基类组合起来

如果两个基类之间没有任何重叠的方法或数据，那么，我们就说它们互相之间是独立的或正交的。此处所说的正交，指的是，这两个类是在两个不同的维度上工作，并不会在互相之间以任何方式产生干扰。符合这种情况的基类，可以轻易地被同一个派生类继承。

实际情况中，对于某些类，可能会发现这样一点，或者故意制造出这样的情况，使得，它们所代表的属性，就是互相之间正交的，或者近似于正交的。这种类，就可以轻易地与其它类一起被继承，以便将它们的属性组合起来。有些时候，会使用“混入类”（"mixin classes"）这个术语来描述这些类，因为，我们可以方便地将它们的属性与其它类的属性混合到一起。下面展示的Named 类，即是混入类的一个示例，它表示的是，一个实体拥有一个字符串表示的“名字”（"name"）属性。一个命名（Named）对象，在其构造过程中，必须提供一个名字，它的名字可查询(GetName)、可修改(SetName)、可与其它名字比较(IsNamed)。

利用多重继承来创建一个命名数字（ NamedNumber ）

class NamedNumber : public Number, public Named

{

public:

NamedNumber(int initialValue, char* name);

~NamedNumber();

};

// 实现

NamedNumber::NamedNumber(int intialValue, char* name)

: Number(initialValue), Named(name) {}

对于那些需要拥有一个名字的对象，就可以通过继承Named 类的方式来获得这个属性，至于其它的基类，它可以照常继承。例如，要想创建一个NamedNumber（这种实体，拥有Number（数字）的所有能力，并且，还拥有一个以字符串表示的名字）的话，就可以轻易地按照如下所示的多重继承来实现。

一个简单的混入类

class Named

{

private:

char* name;

public:

Named(char* originalName);

int IsNamed(char* possibleName);

char* GetName();

void SetName(char* newName);

~Named();

};

注意，NamedNumber 以公有方式同时继承了Number 和Named 类。另外需要注意，在 NamedNumber 的构造函数中，需要向两个基类都传入适当的构造函数参数。由于NamedNumber 并不具有自己独有的私有数据，所以，它自己的构造函数中没有任何代码。

通过以下示例代码，可观摩到NamedBehavior 类中被组合起来的行为。在这砣代码中，会声明一个NamedNumber，并且对它进行操作。

NamedNumber time(0, "Elapsed Time");

...

time.Next(); // 从Number 类中继承的方法

if (time.IsNamed("Elapsed Time") )... // 从Named 类中继承的方法

...

cout << time.GetName() << " is " << time.Value() << endl;

在这个示例代码中，NamedNumber对象，会对它从Number 基类中继承到的方法（Next、Value）进行响应，同样地，也会对它从Named 基类中继承到的方法（IsNamed、GetName）进行响应。

Named 类，可在多种上下文中使用。其它的具有名字的实体还包括Frame（帧）、Canvas（画布）和Button（按钮）。妳不需要在这些类中都各自包含一个名字属性，只需要利用多重继承来从Named 类中得到这个属性即可。在这种做法下，不但得到了编程效率提升的好处，而且，由于复用，还通过Named 类提供了一个统一的方法集合。这样，记忆起来就容易多了，一个对象的名字，可通过GetName 方法来获取，而不是Frame 类中的getName 方法，也不是Button 类中的NameIs 方法。

2 将接口与实现组合起来

多重继承，还可以用来增强分离性。分离性，是良好的软件工程和面向对象设计中的最基本的原则，并且，在类的结构中都可以观察到这一点，在类的结构中，其接口和实现是分离的。在多态性中也体现了分离性，因为，用来对其进行访问的类，与实际对其进行操作的对象的类型信息之间，是分离的；在这种情况下，分离性是由基类提供的。多态中的基类提供了一定程度的分离性，不过，访问类仍然被限制为，仅仅能够使用从特定的基类中派生的类。

由基类方式得到的分离性，其限制，可由下面的Clock 类的定义中看到。这个类的对象，可以与任何一个派生自 DisplayableNumber 的对象建立关联关系。通过多态性，可以实现，Clock对象无需知道（或者说，与后面这个信息相分离）它所关联到的那个对象的具体类型。

再次观摩Clock 类

class Clock

{

private:

DisplayableNumber *number; // 仅仅知道基类

public:

void ConnectTo(DisplayableNumber* dn);

void ConnectTo(DisplayableNumber& dn);

void Notify();

};

// 位于实现代码文件中

void Clock::ConnectTo (DisplayableNumber* dn) { number = dn; }

void Clock::ConnectTo (DisplayableNumber& dn) { number = &dn; }

void Clock::Notify() { number->Next(); // 调用派生类的方法

number->Show(); // 调用基类的方法 }

尽管Clock类狠有用，但是，它的可复用性，被它自己对于DisplayableNumber 基类的依赖所限制了。这样，就使得，那些需要使用Clock 对象的服务，而本身却不是 DisplayableNumber的对象，无法与Clock 相关联。 Animation 类，就是这样一个例子：Animation对象中，有一系列需要显示的图片，它通过这些图片来达到动画效果，这些图片必须按照特定的速率来显示。通过Clock 对象来控制动画，就是最直观的答案；在每个时间周期的末尾，Clock请求动画对象显示下一张图片。(Animation 类的概况显示如下。)然而，Clock对象无法与Animation 对象关联起来，它只能与DisplayableNumber 对象关联。显然，让Animation 继承自DisplayableNumber，也不合适。另一种可选方案呢，就是，形成一个新的Clock 类，AnimationClock，它继承自Clock，并且可与Animation 对象进行关联。不过，这种实现方式下，也有缺陷，那就是，AnimationClock会继承到不需要的数据和操作(也就是说，那些与DisplayableNumber 相关的东西)。

Animation 类

class Animation

{

public:

Animation(...);

...

void Next(); // 生成动画序列中的下一张图片；

// 并让它成为当前要显示的图片

void Show(); // 显示当前图片

...

};

再细致地观察一下Clock 类，就可以发现，通过多重继承能够进一步增加分离性。Clock类只依赖狠少的东西：它仅仅需要调用Next 和Show 方法。这两个方法，都在 DisplayableNumber 的子类中有定义，同时，在Animation 类的接口中也有这两个方法。此处，我们所需要的，就是，某种用来将DisplayableNumber 和Animation 类的相同属性通用化的技巧。继承，是基于通用性的一种技巧，并且，由于此处牵涉到了多个基类，所以，多重继承是一种可能的解决方法。

我们所期望的分离性，可通过以下方式来实现：通过多重继承，将一个纯抽象基类，与一个提供了其中抽象方法的实际实现的类，组合起来。回忆一下，这个术语，抽象类，指的是，某个基类，其中拥有至少一个纯虚方法。纯抽象类，指的是，其中所有的方法都是纯虚方法。在Clock 示例中所需要的纯抽象基类展示如下。

纯虚基类

class Sequenced // 纯虚类

{

public:

void Next() = 0; // 计算序列中的下一个元素

void Show() = 0; // 显示序列中的当前元素

};

Sequenced类，结合了DisplayableNumber 类和Animation 类之间的相似性。其中的纯虚方法，能够定义出这些相似性，而同时又无需在Sequenced 类中实际地提供任何实现。具体对这些纯虚方法进行实现的责任，就落到了那些派生自Sequenced 类的类头上。

这样，就可以重新定义Clock类，如下所示，让它只依赖Sequenced 类，而不依赖DisplayableNumber 类。这种变动，就提升了Clock 类的可复用性，因为，它会使得 Clock 对象能够与更广泛范围的对象建立关联关系，只要对方是继承自Sequenced 即可。这种变动同时也提升了Clock 类的清晰度，因为，它更直观且简洁地表达出了，Clock 对象对于它所要关联的对象是怎样的一个预期。

再次观摩Clock 类

class Clock

{

private:

DisplayableNumber *number; // 仅仅知道基类

public:

void ConnectTo(DisplayableNumber* dn);

void ConnectTo(DisplayableNumber& dn);

void Notify();

};

// 位于实现文件中

void Clock::ConnectTo (DisplayableNumber* dn) { number = dn; }

void Clock::ConnectTo (DisplayableNumber& dn) { number = &dn; }

void Clock::Notify() { number->Next(); // 调用派生类中的方法

number->Show(); // 调用基类中的方法 }

Sequenced类，可以以三种方式来与DisplayableNumber 类层次组合起来：

•.DisplayableNumber，可以利用单重继承来继承Sequenced，这样，就可以将DisplayableNumber 的任意子类都当成Sequenced 实体来对待。这种方式，狠简单，同时，对于DisplayableNumber 类层次的影响也最大。
•.DisplayableNumber 的各个子类，可以利用多重继承来同时继承DisplayableNumber 和Sequenced。这种方式，使得，类层次中的部分成员被当成Sequenced 实体对待，这样就能够表达出一个意图，即，只有部分的DisplayableNumber对象才能与Clock 关联起来。
•.新的类，可利用多重继承来同时继承DisplayableNumber 的某个子类和Sequenced。这样，就可以更好地利用Sequenced 类的复用性和灵活性，而同时无需修改任何已有的代码。如果已有的代码是位于某个库中，无法被修改，那么就有必要使用这种方式。

类似地，Animation类可利用单重继承直接继承自Sequenced 类，或者，也可以定义一个新的类并且以多重继承的方式使用。

下面定义了TimedNumber 和TimedAnimation 类，展示了以多重继承方式定义新的类的处理方式。TimedNumber类和TimedAnimmation类的名字，是有用意的，用来反映这样一个意图，即，它们要用来与修改过后的Clock 类相关联。

以多重继承方式来使用 Sequenced 类

class TimedNumber : public Number, public Sequenced

{

public:

TimedNumber(int initialValue);

};

class TimedAnimation : public Animation, public Sequenced

{

public:

AnimationSequence(...);

};

在TimedNumber 和TimedAnimation 类的定义中，关键的一点就是，它们以何种方式来满足由Sequenced 类所定义的责任。Sequenced 类中的纯虚方法，就要求其派生类必须实现Next 和Show 方法。TimedNumber通过继承Number 类来满足这个要求。TimedAnimation 类也是以类似的方式来满足这个要求。

现在，就可以创建Clock 与TimedNumber 对象以及与TimedAnimation 对象之间的关联了。可按照以下代码来创建关联：

Clock slowTimer("Slow", 1000);

Clock fastTimer("Fast", 50);

...

TimedNumber count(0);

TimedAnimation *movie = new TimedAnimation(...);

...

slowTimer.ConnectTo( (Sequenced&)count );

fastTimer.ConnectTo( (Sequenced*)movie );

这砣代码中，关键的点是，要能够将TimedNumber 和TimedAnimation 对象类型转换成Sequenced 类型。这种类型转换是有效的，因为TimedNumber 和TimedAnimation 都是继承自Sequenced 类。

最后一点，引入了Sequenced 类之后，就使得，Clock 类能够与未来可能定义的其它类关联起来。例如，可能会定义一个Sampler 类，它的作用是，定时报告某种资源的状态。比如，文件中有多少部分已经通过网络发送了，或者，某个文档中还有多少内容需要打印。利用多重继承和Sequenced 类，就不需要对Clock 类进行任何改变，就可以让Sampler 对象在Clock 对象的推动下工作。

3 练习

1.定义并实现一个Linked 混入类，它定义的是，单向链接的列表的属性。定义并实现一个简单的Number 类，用于测试。利用多重继承，定义、实现并测试一个LinkedNumber 类，它将妳的Number 和Linked 类的能力组合起来。
2.研究DisplayableNumber类中的其它方法，以确认，其中是否有任何方法也能够合理地放置到Animation 类中。然后这个结论，对Sequenced 类和Animation 类的定义进行修改。

未知美人

钟欣桐

未知美人

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