Single inheritance and multiple inheritance exam questions
單一繼承與多重繼承考題
物件導向的繼承方式主要分為單一繼承與多重繼承兩種，C++與 JAVA 各屬何種繼承方法？又此二種繼承方法優缺點各為何？（10 分）針對單一繼承的缺點，可用介面
（Interface）來解決，請問介面如何解決？請舉例說明。（10 分
答案
（一）C++ 支援多重繼承，而 Java 則支援單一繼承。
（二）
**多重繼承**（Multiple Inheritance）的優點：
- 允許一個類別同時繼承多個父類別，可以繼承不同父類別的屬性和行為。
- 提供了更大的彈性，可以更容易地重用程式碼。
**多重繼承**的缺點：
- 引入複雜性：多重繼承可能導致衝突和不清晰的程式碼，特別是當多個父類別具有相同名稱的屬性或方法時。
- 隨著繼承關係的增加，繼承鍊可能變得複雜，難以理解。
- C++ 使用多重繼承時，必須小心處理「鑽石繼承」（Diamond Inheritance）問題，這可能導致二義性（Ambiguity）。
**單一繼承**（Single Inheritance）的優點：
- 簡化了繼承體系，減少了可能的衝突和二義性。
- 提供了清晰的繼承鍊，更容易理解程式碼。
**單一繼承**的缺點：
- 限制了類別的重用，因為每個類別只能繼承一個父類別。
- 在某些情況下，可能需要重複編寫某些程式碼，以達到所需的功能。
（三）
**介面**在單一繼承中的作用是提供一種方式來實現類別之間的共享行為，同時解決了多重繼承可能帶來的問題。在 Java 中，一個類別可以實現多個介面，這種方式稱為多重實作（Multiple Implementation）。
舉例來說，假設有一個形狀（Shape）類別和一個可縮放（Scalable）介面，介面可以用來定義縮放行為。然後，不同類別（例如圓形和矩形）可以實現 Scalable 介面，以定義它們各自的縮放行為。
```java
public interface Scalable {
void scale(double factor);
}
public class Circle implements Scalable {
// 實現 Scalable 介面的縮放方法
@Override
public void scale(double factor) {
// 實作縮放邏輯
}
}
public class Rectangle implements Scalable {
// 實現 Scalable 介面的縮放方法
@Override
public void scale(double factor) {
// 實作縮放邏輯
}
}
```
這樣，我們可以在不引入多重繼承的情況下，實現不同類別的共享行為，同時避免了多重繼承可能帶來的問題。
補充
### 繼承鏈（Inheritance Hierarchy）： 繼承鏈是指在一個軟體系統中，類別之間的繼承關係形成的一種層次結構。它表示類別的衍生和基底的層次結構，通常以樹狀結構表示。在這種結構中，一個類別可以繼承自另一個類別，形成父子關係，而這種關係可以一直延續形成一個鏈條，形成繼承鏈。 例如，如果有 `Animal` 類別，`Mammal` 和 `Bird` 類別分別繼承自 `Animal`，而 `Dog` 和 `Cat` 類別又分別繼承自 `Mammal`，那麼就形成了一個繼承鏈：`Animal` -> `Mammal` -> `Dog`/`Cat`。
### 鑽石繼承（Diamond Inheritance）： 鑽石繼承是指在繼承鏈中，某個類別有兩個直接的基底類別，而這兩個基底類別又共同繼承自同一個類別，形成一個鑽石形狀的繼承結構。這種情況可能引發一些問題，特別是當派生類別需要使用從兩個基底類別中繼承的成員時。 例如，假設有 `A` 類別，`B` 和 `C` 類別分別繼承自 `A`，而 `D` 類別同時繼承自 `B` 和 `C`，形成了鑽石繼承的情況：`A` -> `B`、`A` -> `C`，最終 `B` 和 `C` 兩者的成員都在 `D` 中可見。 ```plaintext A / \ B C \ / D ``` 鑽石繼承可能導致一些問題，例如二義性（Ambiguity），即編譯器不知道使用哪個基底類別中的成員。為了解決這個問題，C++ 使用虛擬繼承（virtual inheritance）來標記這樣的基底類別，以避免產生多個實例造成的問題。
**二義性（Ambiguity）**：
當使用多重繼承時，可能會出現二義性的情況，這表示一個類別有多個途徑繼承相同的成員。當你試圖訪問這個成員時，編譯器無法確定使用哪一條途徑，因此產生了二義性。這通常發生在鑽石繼承（Diamond Inheritance）結構中，其中一個類別有兩個以上的基底類別。
**虛擬繼承（Virtual Inheritance）**：
虛擬繼承是 C++ 中用來解決鑽石繼承二義性的概念。當某個類別需要從多個共同的基底類別中繼承時，可以使用虛擬繼承來標記這些基底類別。這樣一來，這些基底類別在繼承鏈中只會存在一個實例，而不是多個實例，從而避免了二義性。
```cpp
class A {
public:
void display() {
std::cout << "Class A" << std::endl;
}
};
class B : public virtual A {
};
class C : public virtual A {
};
class D : public B, public C {
};
int main() {
D obj;
obj.display(); // 沒有二義性，會正確呼叫 A 的 display
return 0;
}
```
在這個例子中，`B` 和 `C` 虛擬繼承自 `A`，而 `D` 類別繼承自 `B` 和 `C`。這樣，`D` 中只有一個 `A` 的實例，解決了二義性的問題。使用虛擬繼承時，應謹慎設計，以確保合理使用這種機制。
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