Effective C++读书笔记（24）

条款36：绝不重新定义继承而来的non-virtual函数

Never redefine an inherited non-virtualfunction

有如下代码：

class B {
public:
    void mf();
    ...
};
class D: public B { ... };

虽然我们对B，D或mf一无所知，但面对一个类型为D的对象x：

D x;

B *pB =&x; // 获得一个指针指向x
pB->mf(); // 经由该指针调用mf

D *pD =&x; // 获得一个指针指向x
pD->mf(); // 经由该指针调用mf

两种情况中，pB和pD都调用了对象x中的成员函数mf。因为同样的函数和同样的对象，它们的行为应该相同。是的，但是也可能不。更明确地说，如果 mf 是non-virtual而 D 定义了它自己的mf版本：

class D:public B {
public:
    void mf(); // hides B::mf
   ...
};

pB->mf();// calls B::mf
pD->mf(); // calls D::mf

造成这一两面行为的原因是，non-virtual函数如B::mf 和D::mf都是staticallybound（静态绑定）的。这就意味着因为 pB被声明为pointer-to-B类型，所以通过pB调用的non-virtual函数永远是B所定义的版本，即使pB指向一个类型为B的派生类的对象，一如本例。

在另一方面，virtual函数是 dynamically bound（动态绑定）的，所以它们不会发生这个问题。如果 mf是一个 virtual函数，无论通过pB还是pD调用mf都将导致D::mf的调用，因为 pB 和 pD真正指向的都是一个类型为D的对象。

如果你在编写class D且重定义了一个从class B继承到的non-virtual函数mf，D 的对象将很可能表现出不一致的行为。更明确地说，当mf被调用时，任何一个D对象的行为既可能像B也可能像D，而且决定因素与对象本身无关，但是和指向它的指针声明类型有关。引用也会展现和指针一样难以理解的行为。

再从理论上分析，public inheritance意味着 is-a，在类中声明一个non-virtual函数是为这个类建立起一个不变性，凌驾于特异性。因此：

l   每一件适用于B对象的事情也适用于D对象，因为每一个D对象都 is-a（是一个）D对象；

l   B的派生类一定会继承mf的接口和实现，因为mf是B的non-virtual函数。

如果你要重新定义继承而来的non-virtual函数，则原本基类中的函数可以定义为virtual以求得不同的实现；而既然你是以public方式继承了基类，且那个函数不是virtual，就说明那个“不变性凌驾于特异性”的性质，即派生类可以直接使用基类中的那个non-virtual函数，且这样做是符合需求的设计。

我们以前已经解释了为什么多态基类中的析构函数应该是virtual。如果你违反了那个准则（如在一个多态基类中声明一个non-virtual析构函数），你也同时违反了本条款，因为派生类绝不应该重新定义一个继承而来的non-virtual函数（此处指基类的析构函数）。甚至对于没有声明析构函数的派生类，这也是成立的，因为如果你没有定义你自己的析构函数，编译器就会为你生成一个。

• 绝不要重新定义一个继承而来的non-virtual函数。

 

条款37：绝不重新定义继承而来的缺省参数值

Never redefine a function’s inheriteddefault parameter value

因为重新定义一个继承而来的non-virtual函数永远是错误的，所以我们将本条款的讨论限制在“继承一个带有缺省参数值的virtual函数”。

本条款成立的理由直接而明确：virtual函数是动态绑定（又名前期绑定）的，而缺省参数值是静态绑定（又名后期绑定）的。我们来回顾一下

对象的所谓静态类型，就是它在程序文本中被声明时所采用的类型。考虑这个类继承体系：
class Shape {// 一个用以描述几何形状的类
public:
    enum ShapeColor { Red, Green, Blue };
    // 所有形状都必须提供一个函数，用来绘制
    virtual void draw(ShapeColor color =Red) const = 0;
    ...
};

class Rectangle:public Shape {
public:
    virtual void draw(ShapeColor color =Green) const;//缺省参数值与基类不同！
    ...
};

classCircle: public Shape {
public:
    virtual void draw(ShapeColor color)const;
    /*以对象调用此函数一定要指定参数值（静态绑定下此函数不从基类继承缺省参数值），                 但以指针或引用调用此函数可以不指定参数值（动态绑定下此函数会从基类继承缺省参数值）*/
    ...
};

现在考虑这些指针：

Shape *ps;
Shape *pc = new Circle;
Shape *pr = new Rectangle;

在本例中，ps，pc 和 pr全被声明为 pointer-to-Shape类型，所以它们全都以此作为它们的静态类型，无论它们真正指向什么。

对象的所谓动态类型，是指目前所指对象的类型。也就是说，动态类型可以表现出一个对象将会有什么行为。在上面的例子中，pc的动态类型是 Circle*，pr的动态类型是Rectangle*。至于ps，它没有一个实际的动态类型，因为它尚未指向任何对象。动态类型，就像它的名字所暗示的，能在程序执行过程中改变（通常是经由赋值动作）：

ps = pc;// ps的动态类型如今是Circle*
ps = pr; // ps的动态类型如今是Rectangle*

virtual函数系动态绑定而来，意味着当调用一个virtual函数时，究竟调用哪一份函数实现代码，取决于发出调用的那个对象的动态类型：

pc->draw(Shape::Red);// calls Circle::draw(Shape::Red)
pr->draw(Shape::Red); // calls Rectangle::draw(Shape::Red)

 

当考虑带有缺省参数值的virtual函数时，因为virtual函数是动态绑定的，但缺省参数是静态绑定的。这就意味着你可能在调用一个定义于派生类内的virtual函数的同时（动态），却使用了基类为它指定的缺省参数值（动态）。

pr->draw();// calls Rectangle::draw(Shape::Red)!

此例中，pr的动态类型是Rectangle*，Rectangle的virtual函数被调用，在 Rectangle::draw中缺省参数值是Green。然而pr的静态类型是 Shape*，这个函数调用的缺省参数值是从Shape中取得的，而不是Rectangle！结果就是一个调用由Shape和 Rectangle两个类中的draw声明式混合组成。

如果是引用，问题依然会存在。重点在于draw是一个virtual函数，而它的一个缺省参数值在派生类中被重定义。

C++坚持这种乖张的方式来运作的原因是为了运行时效率。如果缺省参数值是动态绑定的，编译器就必须提供一种方法在运行时确定适当的virtual函数参数缺省值，这比目前在编译期确定它们的机制更慢而且更复杂。最终的决定偏向了速度和实现简单这一边，而造成的结果就是享受高效运行的乐趣。

如果试着遵循本规则，为基类和派生类的用户提供同样的缺省参数值，又会造成代码重复。更糟的是，代码重复带来相依性：如果Shape 中的缺省参数值发生变化，所有重复给定缺省参数值的派生类必须同时变化。

当你要一个virtual函数按照你希望的方式运行有困难的时候，考虑可选的替代设计是很明智的。这里我们选择NVI（non-virtual interface idiom）手法：令基类内的一个public non-virtual函数调用private virtual函数，后者可被派生类重新定义。这里我们用non-virtual函数指定缺省参数，而private virtual函数做实际的工作：

classShape {
public:
    enum ShapeColor { Red, Green, Blue };
    void draw(ShapeColor color = Red) const// now non-virtual
    { doDraw(color); } // call virtual
    ...
private:
    virtual void doDraw(ShapeColor color) const =0; // 真正工作在此处完成
};

classRectangle: public Shape {
public:
    ...
private:
    virtual void doDraw(ShapeColor color) const; // 不需指定缺省参数值
    ...
};

因为non-virtual函数绝不应该被派生类覆写，这个设计很清楚地使得draw的color缺省参数值总是Red。

• 绝不要重新定义一个继承而来的缺省参数值，因为缺省参数值是静态绑定的，而 virtual 函数（你唯一应该覆写的东西）是动态绑定的。