C++11 之 override

1  公有繼承

  公有繼承包含兩部分:一是 "函數接口" (interface),二是 "函數實現" (implementation)

  如 Shape 類中,三個成員函數,表示三種繼承方式:

 

class Shape {
public:
    virtual void Draw() const = 0;    // 1) 純虛函數
    virtual void Error(const string& msg);  // 2) 普通虛函數
    int ObjectID() const;  // 3) 非虛函數
};

class Rectangle: public Shape { ... };
class Ellipse: public Shape { ... };

 

1.1  純虛函數 (pure virtual)

  純虛函數,繼承的是基類中,成員函數的接口,且要在派生類中,重寫成員函數的實現

Shape *ps1 = new Rectangle;
ps1->Draw(); // calls Rectangle::Draw

Shape *ps2 = new Ellipse;
ps2->Draw(); // calls Ellipse::Draw

  調用基類的 Draw(),須加 類作用域操作符 ::

ps1->Shape::Draw(); // calls Shape::draw

1.2  普通虛函數

  普通虛函數,會在基類中,定義一個缺省的實現 (default implementation),表示繼承的是基類成員函數接口和缺省實現,由派生類選擇是否重寫該函數。

  實際上,允許普通虛函數 同時繼承接口和缺省實現是危險的 如下, ModelA 和 ModelB 是 Airplane 的兩種飛機類型,且二者的飛行方式完全相同

class Airplane {
public:
    virtual void Fly(const string& destination);
};
class ModelA: public Airplane { ... };
class ModelB: public Airplane { ... };

  這是典型的面向對象設計,兩個類共享一個特性 -- Fly,則 Fly 可在基類中實現,並由兩個派生類繼承之

  現增加另一個飛機型號 ModelC,其飛行方式與 ModelA,ModelB 不相同,如果不小心忘記在 ModelC 中重寫新的 Fly 函數

class ModelC: public Airplane {
    ... // no fly function is declared
};

  則調用 ModelC 中的 fly 函數,就是調用 Airplane::Fly,但是 ModelC 的飛行方式和缺省的並不相同

Airplane *pa = new ModelC;
pa->Fly(Qingdao); // calls Airplane::fly!

  即前面所說的,普通虛函數同時繼承接口和缺省實現是危險的最好是基類中實現缺省行爲 (behavior),但只有在派生類要求時才提供該缺省行爲

1.2.1  方法一 

  一種方法是 純虛函數 + 缺省實現,因爲是純虛函數,所以只有接口被繼承,其缺省的實現不會被繼承。派生類要想使用該缺省的實現,必須顯式的調用

 

class Airplane {
public:
    virtual void Fly(const string& destination) = 0;
};

void Airplane::Fly(const string& destination)
{ 
    // a pure virtual function default code for flying an airplane to the given destination
}

class ModelA: public Airplane {
public:
    virtual void Fly(const string& destination) { Airplane::Fly(destination); }
};

 

  這樣在派生類 ModelC 中,即使一不小心忘記重寫 Fly 函數,也不會調用 Airplane 的缺省實現

 

class ModelC: public Airplane {
public:
    virtual void Fly(const string& destination);
};

void ModelC::Fly(const string& destination)
{
    // code for flying a ModelC airplane to the given destination
}

 

1.2.2  方法二 

  可以看到,上面問題的關鍵就在於,一不小心在派生類 ModelC 中忘記重寫 fly 函數,C++11 中使用關鍵字 override,可以避免這樣的“一不小心”

1.3  非虛函數

  非虛成員函數沒有 virtual 關鍵字,表示派生類不但繼承了接口,而且繼承了一個強制實現 (mandatory implementation)

  既然繼承了一個強制的實現,則在派生類中,無須重新定義 (redefine) 繼承自基類的成員函數,如下:

  使用指針調用 ObjectID 函數,則都是調用的 Shape::ObjectID()

 

Rectangel rc; // rc is an object of type Rectangle

Shape *pB = &rc; // get pointer to rc
pB->ObjectID(); // call ObjectID() through pointer

Rectangle *pD = &rc; // get pointer to rc
pD->ObjectID(); // call ObjectID() through pointer

 

  如果在派生類中重新定義了繼承自基類的成員函數 ObjectID 呢?

 

class Rectangel : public Shape {
public:
    int ObjectID() const; // hides Shape::ObjectID
};

pB->ObjectID(); // calls Shape::ObjectID()
pD->ObjectID(); // calls Rectagle::ObjectID()

 

  此時,派生類中重新定義的成員函數會 “隱藏” (hide) 繼承自基類的成員函數

  這是因爲非虛函數是 “靜態綁定” 的,pB 被聲明的是 Shape* 類型的指針,則通過 pB 調用的非虛函數都是基類中的,既使 pB 指向的是派生類

  與“靜態綁定”相對的是虛函數的“動態綁定”,即無論 pB 被聲明爲 Shape* 還是 Rectangle* 類型,其調用的虛函數取決於 pB 實際指向的對象類型

 

 2  重寫 (override)

  在 1.2.2 中提到 override 關鍵字,可以避免派生類中忘記重寫虛函數的錯誤

  下面以重寫虛函數時,容易犯的四個錯誤爲例,詳細闡述之

 

class Base {
public:
    virtual void mf1() const;
    virtual void mf2(int x);
    virtual void mf3() &;
    void mf4() const;    // is not declared virtual in Base
};

class Derived: public Base {
public:
    virtual void mf1();        // declared const in Base, but not in Derived.
    virtual void mf2(unsigned int x);    // takes an int in Base, but an unsigned int in Derived
    virtual void mf3() &&;    // is lvalue-qualified in Base, but rvalue-qualified in Derived.
    void mf4() const;        
};

 

  在派生類中,重寫 (override) 繼承自基類成員函數的實現 (implementation) 時,要滿足如下條件:

  一虛:基類中,成員函數聲明爲虛擬的 (virtual)

  二容:基類和派生類中,成員函數的返回類型和異常規格 (exception specification) 必須兼容

  四同:基類和派生類中,成員函數名、形參類型、常量屬性 (constness) 和 引用限定符 (reference qualifier) 必須完全相同

  如此多的限制條件,導致了虛函數重寫如上述代碼,極容易因爲一個不小心而出錯

  C++11 中的 override 關鍵字,可以顯式的在派生類中聲明,哪些成員函數需要被重寫,如果沒被重寫,則編譯器會報錯。

 

class Derived: public Base {
public:
    virtual void mf1() override;
    virtual void mf2(unsigned int x) override;
    virtual void mf3() && override;
    virtual void mf4() const override;
};

 

  這樣,即使不小心漏寫了虛函數重寫的某個苛刻條件,也可以通過編譯器的報錯,快速改正錯誤

 

class Derived: public Base {
public:
    virtual void mf1() const override;  // adding "virtual" is OK, but not necessary
    virtual void mf2(int x) override;
    void mf3() & override;
    void mf4() const override; 
}; 

 

 

小結:

1)  公有繼承

  純虛函數      => 繼承的是:接口 (interface)

  普通虛函數   => 繼承的是:接口 + 缺省實現 (default implementation)

  非虛成員函數 =>繼承的是:接口 + 強制實現 (mandatory implementation)

2)  不要重新定義一個繼承自基類的非虛函數 (never redefine an inherited non-virtual function)

3)  在聲明需要重寫的函數後,加關鍵字 override

 

參考資料:

 <Effective C++_3rd> item 34, item 36

 <Effective Modern C++> item 12

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