C++ override及虚函数的讲解

1  公有继承

  公有继承包含两部分：一是 "接口" (interface)，二是 "实现" (implementation)

  基类 Shape 中，三个成员函数，代表三种继承方式：

class Shape {public:    virtual void Draw() const = 0;    // 1) 纯虚函数    virtual void Error(const std::string& msg);  // 2) 普通虚函数    int ObjectID() const;  // 3) 非虚函数};class Rectangle: public Shape { ... };class Ellipse: public Shape { ... };

1.1  纯虚函数 (pure virtual)

  纯虚函数，表示继承的只是基类成员函数的接口，且要在派生类中重写该函数的实现

Shape *ps1 = new Rectangle;ps1->Draw(); // calls Rectangle::DrawShape *ps2 = new Ellipse;ps2->Draw(); // calls Ellipse::Draw

  若想调用基类的 Draw()，须加上 类作用域操作符 ::

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

1.2  普通虚函数

  普通虚函数，对应在基类中定义一个缺省的实现 (default implementation)，表示继承的是基类成员函数的接口和缺省的实现，由派生类自行选择是否重写该函数。

  实际上，允许普通虚函数同时继承接口和缺省实现是危险的。 如下, ModelA 和 ModelB 是 Airplane 的两种飞机类型，且二者的飞行方式完全相同

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

  这是典型的面向对象设计，两个类共享一个特性 -- Fly，则 Fly 可在基类中实现，并由两个派生类继承之

  现增加一个新的飞机型号 ModelC，其飞行方式与 ModelA，ModelB 并不相同，假如不小心忘了在 ModelC 中重写新的 Fly 函数

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

  则调用 ModelC 中的 fly 函数，就是调用 Airplane::Fly，但是 ModelC 的飞行方式和缺省的并不相同

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

  这就是前面所说的，普通虚函数同时继承接口和缺省实现是危险的，最好是基类中实现缺省行为 (behavior)，但只有在派生类要求时才提供该缺省行为

1.2.1  方法一 

  一种方法是 纯虚函数 + 缺省实现，因为是纯虚函数，所以只有接口被继承，其缺省的实现不会被继承。派生类要想使用该缺省的实现，必须显式的调用

class Airplane {public:    virtual void Fly(const Airport& destination) = 0;};void Airplane::Fly(const Airport& destination){     // a pure virtual function default code for flying an airplane to the given destination}class ModelA: public Airplane {public:    virtual void Fly(const Airport& destination) { Airplane::Fly(destination); }};

  这样在派生类 ModelC 中，即使一不小心忘记重写 Fly 函数，也不会调用 Airplane 的缺省实现

class ModelC: public Airplane {public:    virtual void Fly(const Airport& destination);};void ModelC::Fly(const Airport& destination){    // code for flying a ModelC airplane to the given destination}

1.2.2  方法二 

  可以看到，上面问题的关键就在于，一不小心在派生类 ModelC 中忘记重写 fly 函数，C++11 中使用关键字 override，可以避免这样的“一不小心”

1.3  非虚函数

  非虚成员函数没有 virtual 关键字，表示派生类不但继承了接口，而且继承了一个强制实现 (mandatory implementation)

  既然继承了一个强制的实现，则在派生类中，无须重新定义 (redefine) 继承自基类的成员函数，如下：

  使用指针调用 ObjectID 函数，则都是调用的 Shape::ObjectID()

Rectangel rc; // rc is an object of type RectangleShape *pB = &rc; // get pointer to rcpB->ObjectID(); // call ObjectID() through pointerRectangle *pD = &rc; // get pointer to rcpD->ObjectID(); // call ObjectID() through pointer

  如果在派生类中重新定义了继承自基类的成员函数 ObjectID 呢？

class Rectangel : public Shape {public:    int ObjectID() const; // hides Shape::ObjectID};pB->ObjectID(); // calls Shape::ObjectID()pD->ObjectID(); // calls Rectagle::ObjectID()

  此时，派生类中重新定义的成员函数会 “隐藏” (hide) 继承自基类的成员函数

  这是因为非虚函数是 “静态绑定” 的，pB 被声明的是 Shape* 类型的指针，则通过 pB 调用的非虚函数都是基类中的，既使 pB 指向的是派生类

  与“静态绑定”相对的是虚函数的“动态绑定”，即无论 pB 被声明为 Shape* 还是 Rectangle* 类型，其调用的虚函数取决于 pB 实际指向的对象类型

 

 2  重写 (override)

  在 1.2.2 中提到 override 关键字，可以避免派生类中忘记重写虚函数的错误

  下面以重写虚函数时，容易犯的四个错误为例，详细阐述之

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;        };

  在派生类中，重写 (override) 继承自基类成员函数的实现 (implementation) 时，要满足如下条件：

  一虚：基类中，成员函数声明为虚拟的 (virtual)

  二容：基类和派生类中，成员函数的返回类型和异常规格 (exception specification) 必须兼容

  四同：基类和派生类中，成员函数名、形参类型、常量属性 (constness) 和 引用限定符 (reference qualifier) 必须完全相同

  如此多的限制条件，导致了虚函数重写如上述代码，极容易因为一个不小心而出错

  C++11 中的 override 关键字，可以显式的在派生类中声明，哪些成员函数需要被重写，如果没被重写，则编译器会报错。

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;};

  这样，即使不小心漏写了虚函数重写的某个苛刻条件，也可以通过编译器的报错，快速改正错误

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; }; 

 

小结：

1)  公有继承

　　纯虚函数      => 继承的是：接口 (interface)

　　普通虚函数   => 继承的是：接口 + 缺省实现 (default implementation)

　　非虚成员函数 =>继承的是：接口 + 强制实现 (mandatory implementation)

2)  不要重新定义一个继承自基类的非虚函数 (never redefine an inherited non-virtual function)

3)  在声明需要重写的函数后，加关键字 override

 

参考资料：

 <Effective C++_3rd> item 34, item 36

 <Effective Modern C++> item 12