菱形繼承詳解

菱形繼承是一種繼承關係，它在子類中存在兩條從父類繼承而來的路徑，這兩條路徑最終會匯聚到同一個父類。

一、問題引入

傳統的繼承關係中，子類只繼承自己的父類的特性，這樣就避免了可能存在的衝突情況。但是，當我們引入多重繼承時，情況就變得複雜起來。

考慮下面的情況，我們有一個動物類Animal，兩個子類Cat和Dog，又有一個特殊子類Pet，需要從Cat和Dog中繼承特性。

class Animal {
    public:
        virtual ~Animal() {}
        virtual void eat() = 0; // 吃東西
};

class Cat : virtual public Animal {
    public:
        void climb() { // 爬樹
            cout << "Cat is climbing." << endl;
        }
};

class Dog : virtual public Animal {
    public:
        void run() { // 跑步
            cout << "Dog is running." << endl;
        }
};

class Pet : public Cat, public Dog {
};

此時Pet直接從Cat和Dog中繼承了所有特性，看起來很完美。

二、問題的產生

然而，問題出現了。當我們直接使用Pet中從Cat和Dog繼承而來的eat()方法時，會發現這個方法被調用了兩次。

Pet pet;
pet.eat(); // 這個方法被調用兩次

這是因為Pet中的Cat和Dog都繼承了Animal類，而Pet中同時繼承了Cat和Dog，這兩個類又都從Animal中繼承了一次，所以導致eat()被調用了兩次。

三、菱形繼承的解決方法

為了解決上述問題，我們引入了虛擬繼承的概念。虛擬繼承可以讓共同的基類在派生類中只有一份拷貝，這樣就避免了多次繼承的問題。

我們只需要在Animal類與Cat和Dog的繼承關係中加上virtual關鍵字，就可以實現虛擬繼承。

class Animal {
    public:
        virtual ~Animal() {}
        virtual void eat() = 0; // 吃東西
};

class Cat : virtual public Animal {
    public:
        void climb() { // 爬樹
            cout << "Cat is climbing." << endl;
        }
};

class Dog : virtual public Animal {
    public:
        void run() { // 跑步
            cout << "Dog is running." << endl;
        }
};

class Pet : virtual public Cat, virtual public Dog {
};

四、菱形繼承的應用

虛擬繼承可以避免多重繼承的問題，因此在一些特殊場景下，菱形繼承會被使用。

比如在工具類的實現中，我們可以使用菱形繼承來避免冗餘的代碼。

class Tool {
    public:
        Tool() {}
        void use() { // 使用工具
            cout << "Use tool." << endl;
        }
};

class Painter : virtual public Tool {
    public:
        void paint() { // 繪畫
            cout << "Using painter." << endl;
            use(); // 使用工具
        }
};

class Writer : virtual public Tool {
    public:
        void write() { // 寫作
            cout << "Using writer." << endl;
            use(); // 使用工具
        }
};

class Artist : public Painter, public Writer {
};

在上述代碼中，我們定義了Tool工具類，和兩個子類Painter和Writer，這兩個子類都繼承了Tool中的use()方法。然後我們又定義了藝術家類Artist，它同時繼承了Painter和Writer。由於Painter和Writer都虛擬繼承了Tool，所以在Artist中雖然分別調用了Painter和Writer的方法，但只會觸發一次use()方法的調用。

五、總結

菱形繼承是一種有用的繼承方式，在特殊場景下可以幫助我們避免多重繼承導致的問題。虛擬繼承是菱形繼承實現的關鍵，它可以讓共同的基類在派生類中只有一份拷貝。