Доклад: Интерфейсы как решение проблем множественного наследования

Евгений Каратаев

В этой работе разбирается проблема множественного наследования в языке программирования С++ и возможное ее решение путем применения абстракций интерфейсов.

Множественным наследованием является образование класса путем наследования одновременно нескольких базовых классов. Штука полезная и одновременно с этим проблемная. Разберем пример, в котором появляется множественное наследование, приводящее к проблеме.

Классическим заданием для начинающего программиста является задача написать классы, реализующие иерархию Человек - Студент - Сотрудник. Обычно первым же решением есть образование трех классов в виде:

class Человек { ... };

class Сотрудник : public Человек { ... };

class Студент : public Человек { ... };

В классе Человек декларируются несколько виртуальных и, возможно, абстрактных, функций, которые переопределяются / реализуются в классах-наследниках. Схема на первый взгляд совершенно очевидна и практически ни у кого не вызывает подозрений. Схема реализуется в программе и программа сдается в работу.

Проблема возникает позже, когда оператор приходит и говорит:

- У меня есть человек, который одновременно и сотрудник и студент. Что мне делать?

Реализованная схема, вообще говоря, не предполагает такого варианта - могут быть либо сотрудник, либо студент. Но что-то делать надо. В этот момент приходит на помощь множественное наследование. Программист, не долго думая, создает еще один класс, образованный наследованием и от Сотрудник и от Студент:

class СтудентСотрудник : public Студент, public Сотрудник { ...};

На первый взгляд все в порядке, на второй - полный бардак. Дело в том, что класс Сотрудник, как он был декларирован, содержит в себе полную копию класса Человек. То же самое относится и к классу Студент. Таким образом, класс СтудентСотрудник будет содержать в себе уже 2 копии класса Человек. При этом функции класса Сотрудник будут работать со своим экземпляром класса Человек, а функции класса Студент - со своим. В результате корректного поведения добиться практически очень трудно. В классе СтудентСотрудник придется переопределять все функции базовых классов и вызывать соответствующие функции базовых классов, чтобы модификации обеих копий класса Человек прошли когерентно.

Обнаружив такую ситуацию путем тяжелой отладки, программист приходит к необходимости применения виртуального наследования для исключения дублирования класса Человек. Проблема состоит в том, что виртуальное наследование требует модификации графа наследования базовых классов. Требуемая схема имеет вид:

class Человек { ... };

class Студент : virtual public Человек { ... };

class Сотрудник : virtual public Человек { ... };

class СтудентСотрудник : public Студент, public Сотрудник { ...

};

В этом варианте решена проблема однозначной входимости класса Человек во все классы. Но остается вопрос - не возникнет ли такой же проблемы и дальше с полученным классом СтудентСотрудник? И будет ли возможность произвести модификацию уже работающего кода? В такой ситуации руки могут опуститься - следует либо согласиться с существованием проблемного кода либо действительно идти на полную переработку программы.

Тем не менее элегантное решение существует. Это реализация базовых классов по принципу интерфейсов. Язык С++ не содержит языковой поддержки интерфейсов в явном виде, поэтому будем их эмулировать. Принцип интерфейса состоит в том, что его задачей является не столько реализация класса, сколько его декларация. Нормализуем исходную задачу:

class БытьЧеловеком { ... };

class БытьСтудентом { ... };

class БытьСотрудником { ... };

Исходя из нормализованного множества классов, получим дополнение:

class Человек : public БытьЧеловеком { ... };

class Сотрудник : public БытьЧеловеком, public БытьСотрудником { ... };

class Студент : public БытьЧеловеком, public БытьСтудентом { ...};

class СтудентСотрудник : public БытьЧеловеком, public БытьСтудентом,

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--