C++11 中的override详解

2024-04-02 19:55

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1 公有继承

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

如 Shape 类中，三个成员函数，对应三种继承方式：

class Shape {
public:
    virtual void Draw() const = 0;    // 1) 纯虚函数
    virtual void Error(const 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)

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

纯虚函数，继承的是基类中，成员函数的接口，且要在派生类中，重写成员函数的实现

调用基类的 Draw()，须加类作用域操作符 ::

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

1.2 普通虚函数

普通虚函数，会在基类中，定义一个缺省的实现 (default implementation)，表示继承的是基类成员函数接口和缺省实现，由派生类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 string& 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

现增加另一个飞机型号 ModelC，其飞行方式与 ModelA，ModelB 不相同，如果不小心忘记在 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!

即前面所说的，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 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 {
    virtual void Fly(const string& 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 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 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;
};

因此，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;
};