C++11 之 override 关键字

2019年9月8日 11:30:06Linux大全评论796 views阅读模式

1 公有继承

当派生类公有继承自 (public inheritance) 基类时，继承包含两部分：一是函数的"接口" (interface)，二是函数的"实现" (implementation)

基类 Shape 中有三个不同形式的成员函数，分别代表公有继承的三种情况

class Shape {
public:
    virtual void draw() const = 0;
    virtual void error(const std::string& msg);
    int objectID() const;
};

class Rectangle: public Shape { ... };

class Ellipse: public Shape { ... };

1.1 纯虚函数

虚函数末尾加上 "= 0"，声明为纯虚函数 (pure virtual)，表示派生类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

同时，一个基类中包含了纯虚函数，则该基类便为抽象基类，是不能被实例化的

Shape *ps = new Shape; // error! Shape is abstract

如下代码，调用的是派生类 Rectangle 和 Ellipse 中，各自经过重写 (override) 的成员函数 Rectangel::Draw 和 Ellipse::Draw

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

当然，如果想要调用基类的成员函数，可以加上类作用域操作符 ::

ps1->Shape::draw(); // calls Shape::draw
ps2->Shape::draw(); // calls Shape::draw

1.2 一般虚函数

函数声明前加 virtual 关键字，且末尾没有 "= 0"，则该函数即为一般虚函数，需要在基类中定义一个缺省的实现 (implementation)

一般虚函数，表示派生类继承的是基类成员函数的接口和缺省的实现，且派生类可自行选择是否重写该函数的实现 (implementation)

实际上，允许一般虚函数同时继承接口和缺省实现是危险的，如下例子： ModelA 和 ModelB 是 Airplane 的两种飞机类型，且二者的飞行方式相同

class Airport { ... }; // represents airports

class Airplane {
public:
    virtual void fly(const Airport& destination);
};

void Airplane::fly(const Airport& destination)
{
    // default code for flying an airplane to the given 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 (share) 一个共同的特性 (feature) -- fly，则 fly 可以在基类中实现，并由两个派生类公有继承之

现在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

Airport PDX(...); // PDX is the airport

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

这就是前面所说的，一般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

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

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); }
};

class ModelB: 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，则也不会调用 Airplane 的缺省实现，造成不必要的损失

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
}

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 非虚成员函数

非虚成员函数没有 virtual 关键字，表示派生类不仅继承了基类成员函数的接口，而且继承了该函数的一个强制实现 (mandatory implementation)

既然继承的是一个强制的实现，那么此时就要求，在派生类中，不要重新定义 (redefine) 继承自基类的成员函数，如下所示：

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

class D: public B { ... };

使用指针调用 mf 函数，则都是调用的 B::mf()

D x; // x is an object of type D

B *pB = &x; // get pointer to x
pB->mf(); // call mf through pointer

D *pD = &x; // get pointer to x
pD->mf(); // call mf through pointer

如果在派生类中重新定义了继承自基类的成员函数 mf 呢？

class D: public B {
public:
    void mf(); // hides B::mf; see Item33
};

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

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 B* 类型的指针，则通过 pB 调用的非虚函数都是基类 B 中的，既使 pB 指向的是派生类 D 与之“静态绑定”相对的是虚函数的“动态绑定”，即无论 pB 被声明为 B* 还是 D* 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 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 Base 基类和 Derived 派生类为例，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

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

而 C++11中的 override 关键字，可以显式的派生类中声明，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;
    virtual void mf2(int x) override;
    virtual void mf3() & override;
    void mf4() const override; // adding "virtual" is OK, but not necessary
};