Герб Саттер - Стандарты программирования на С++. 101 правило и рекомендация
• Меньше странностей. Наследование от некоторого типа может вызвать проведение поиска имен среди функций и шаблонов функций, определенных в том же пространстве имен, что и упомянутый тип. Этот тонкий момент с трудом поддается отладке (см. также рекомендацию 58).
• Большая применимость. Не все классы проектируются с учетом того, что они будут выступать в роли базовых (см. рекомендацию 35). Однако большинство классов вполне могут справиться с ролью члена.
• Большая надежность и безопасность. Более сильное связывание путем наследования затрудняет написание безопасного в смысле ошибок кода (см. [Sutter02] §23).
• Меньшая сложность и хрупкость. Наследование приводит к дополнительным усложнениям, таким как сокрытие имен и другим, возникающим при внесении изменений в базовый класс.
Конечно, это все не аргументы против наследования как такового. Наследование предоставляет программисту большие возможности, включая заменимость и/или возможность перекрытия виртуальных функций (см. рекомендации с 36 по 39 и подраздел исключений данной рекомендации). Но не платите за то, что вам не нужно; если вы можете обойтись без наследования, вам незачем мириться с его недостатками.
ИсключенияИспользуйте открытое наследование для моделирования заменимости (см. рекомендацию 37).
Даже если от вас не требуется предоставление отношения заменимости вызывающим функциям, вам может понадобиться закрытое или защищенное наследование в перечисленных далее ситуациях (мы постарались хотя бы грубо отсортировать их в порядке уменьшения распространенности).
• Если вам требуется перекрытие виртуальной функции.
• Если вам нужен доступ к защищенному члену.
• Если вам надо создавать объект до используемого, а уничтожать — после, сделайте его базовым классом.
• Если вам приходится заботиться о виртуальных базовых классах.
• Если вы знаете, что получите выгоду от оптимизации пустого базового класса и что в вашем случае она будет выполнена используемым вами компилятором (см. рекомендацию 8).
• Если вам требуется управляемый полиморфизм, т.е. отношение заменимости, которое должно быть видимо только определенному коду (посредством дружбы).
Ссылки[Cargill92] pp. 49-65, 101-105 • [Cline99] §5.9-10, 8.11-12, 37.04 • [Dewhurst03] §95 • [Lakos96] §1.7, §6.3.1 • [McConnell93] §5 • [Meyers97] §40 • [Stroustrup00] §24.2-3 • [Sutter00] §22-24, §26-30 • [Sutter02] §23
35. Избегайте наследования от классов, которые не спроектированы для этой цели
Классы, предназначенные для автономного использования, подчиняются правилам проектирования, отличным от правил для базовых классов (см. рекомендацию 32). Использование автономных классов в качестве базовых является серьезной ошибкой проектирования и его следует избегать. Для добавления специфического поведения предпочтительно вместо функций-членов добавлять обычные функции (см. рекомендацию 44). Для того чтобы добавить состояние, вместо наследования следует использовать композицию (см. рекомендацию 34). Избегайте наследования от конкретных базовых классов.
ОбсуждениеИспользование наследования там, где оно не требуется, подрывает доверие к мощи объектно-ориентированного программирования. В C++ при определении базового класса следует выполнить некоторые специфические действия (см. также рекомендации 32, 50 и 54), которые весьма сильно отличаются (а зачастую просто противоположны) от действий при разработке автономного класса. Наследование от автономного класса открывает ваш код для массы проблем, причем ваш компилятор в состоянии заметить только их малую часть.
Начинающие программисты зачастую выполняют наследование от классов-значений, таких как класс string (стандартный или иной) просто чтобы "добавить больше функциональности". Однако определение свободной функции (не являющейся членом) существенно превосходит создание класса super_string по следующим причинам.
• Свободные функции хорошо вписываются в существующий код, который работает с объектами string. Если же вместо этого вы предоставляете класс super_string, вам придется вносить изменения в ваш код, заменяя типы и сигнатуры функций.
• Функции интерфейса, которые получают параметры типа string, при использовании наследования должны сделать одно из трех: а) отказаться от дополнительной функциональности super_string (бесполезно), б) копировать свои аргументы в объекты super_string (расточительно) или в) преобразовать ссылки на string в ссылки на super_string (затруднительно и потенциально некорректно).
• Функции-члены super_string не должны получить больший доступ к внутреннему устройству класса string, чем свободные функции, поскольку класс string, вероятно, не имеет защищенных (protected) членов (вспомните — этот класс не предназначался для работы в качестве базового).
• Если класс super_string скрывает некоторые из функций класса string (а переопределение невиртуальных функций в производном классе не является перекрытием — это просто сокрытие), это может вызвать неразбериху в коде, работающем с объектами string, которые создаются автоматическим преобразованием из класса super_string.
Словом, лучше добавлять новую функциональность посредством новых свободных (не являющихся членами) функций (см. рекомендацию 44). Чтобы избежать проблем поиска имен, убедитесь, что вы поместили функции в то же пространство имен, что и тип, для расширения функциональности которого они предназначены (см. рекомендацию 57). Некоторые программисты не любят свободные функции из-за их синтаксиса Fun(str) вместо str.Fun(), но это не более чем вопрос привычки.
Но что если класс super_string наследуется из класса string для добавления состояний, таких как кодировка или кэшированное значение количества слов? Открытое наследование не рекомендуется и в этом случае, поскольку класс string не защищен от срезки (см. рекомендацию 54), и любое копирование super_string в string молча уберет все старательно хранимые дополнительные состояния.
И наконец, наследование класса с открытым невиртуальным деструктором рискует получить эффект неопределенного поведения при удалении указателя на объект типа string, который на самом деле указывает на объект типа super_string (см. рекомендацию 50). Это неопределенное поведение может даже оказаться вполне допустимым при использовании вашего компилятора и распределителя памяти, но оно все равно рано или поздно выявится в виде затаившихся ошибок, утечек памяти, разрушенной кучи и кошмаров переноса на другую платформу.
Примеры
Пример 1. Композиция вместо открытого или закрытого наследования. Что делать, если вам нужен тип lосаlized_string, который "почти такой же, как и string, но с дополнительными данными и функциями и небольшими переделками имеющихся функций-членов string", и при этом реализация многих функций остается неизменной? В этом случае реализуйте ее с помощью класса string, но не наследованием, а комбинированием (что предупредит срезку и неопределенное полиморфное удаление), и добавьте транзитные функции для того, чтобы сделать видимыми функции класса string, оставшиеся неизменными:
class localized_string {
public:
// ... Обеспечьте транзитные функции для тех
// функций-членов string, которые остаются неизменными
// (например, определите функцию insert, которая
// вызывает impl_.insert) ...
void clear(); // Маскирует/переопределяет clear()
bool is_in_klingon() const; // добавляет функциональность
private:
std::string impl_;
// ... дополнительные данные-члены ...
};
Конечно, писать транзитные функции для всех функций-членов, которые вы хотите сохранить, — занятие утомительное, но зато такая реализация существенно лучше и безопаснее, чем использование открытого или закрытого наследования.
Пример 2. std::unary_function. Хотя класс std::unary_function не имеет виртуальных функций, на самом деле он создан для использования в качестве базового класса и не противоречит рассматриваемой рекомендации. (Однако класс unary_function может быть усовершенствован добавлением защищенного деструктора — см. рекомендацию 50.)
Ссылки[Dewhurst03] §70, §93 • [Meyers97] §33 • [Stroustrup00] §24.2-3, §25.2
36. Предпочитайте предоставление абстрактных интерфейсов
Вы любите абстракционизм? Абстрактные интерфейсы помогают вам сосредоточиться на проблемах правильного абстрагирования, не вдаваясь в детали реализации или управления состояниями. Предпочтительно проектировать иерархии, реализующие абстрактные интерфейсы, которые моделируют абстрактные концепции.
