C++箴言：絕不重定義繼承的非虛擬函數

C++箴言：絕不重定義繼承的非虛擬函數2005-11-16 08:58作者：fatalerror99出處：BLOG責任編輯：方舟

　　假設我告訴你 class（類）D 從 class（類）B publicly derived（公有繼承），而且在 class（類）B 中定義了一個 public member function（公有成員函數）mf。mf 的參數和傳回值類型是無關緊要的，所以我們就假設它們都是 void。換句話說，我的意思是：

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

　　甚至不必知道關於 B，D，或 mf 的任何事情，給定一個類型為 D 的 object（對象）x，

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

　　對此你或許非常吃驚，

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

　　的行為不同於以下代碼：

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

　　因為在兩種情況中，你都調用了 object（對象）x 中的 member function（成員函數）mf。因為兩種情況中都是同樣的 function（函數）和同樣的 object（對象），它們的行為應該有相同的方式，對嗎？

　　是的，應該。但是也可能不，特別地，如果 mf 是 non-virtual（非虛擬）而 D 定義了它自己的版本的 mf：

class D: public B { 　public: 　　void mf(); // hides B::mf; see Item33 　　... }; pB->mf(); // calls B::mf pD->mf(); // calls D::mf

　　這種行為兩面性的原因是像 B::mf 和 D::mf 這樣的 non-virtual functions（非虛擬函數）是 statically bound（靜態繫結）的（參見 Item 37）。這就意味著因為 pB 被聲明為 pointer-to-B 類型，所以，即使就像本例中的做法，讓 pB 指向一個從 B 繼承的類的對象，通過 pB 調用的 non-virtual functions（非虛擬函數）也總是定義在 class B 中的那一個。

　　在另一方面，virtual functions（虛擬函數）是 dynamically bound（動態綁定）的（再次參見 Item 37），所以它們不會發生這個問題。如果 mf 是一個 virtual function（虛擬函數），無論通過 pB 還是 pD 調用 mf 都將導致 D::mf 的調用，因為 pB 和 pD 都實際地指向一個 type（類型）D 的 object（對象）。

　　如果你在編寫 class D 而且你重定義了一個你從 class B 繼承到的 non-virtual function（非虛擬函數）mf，D 的 objects（對象）將很可能表現出不協調的行為。特別是，當 mf 被調用時，任何給定的 D object（對象）的行為既可能像 B 也可能像 D，而且決定因素與 object（對象）本身無關，但是和指向它的 pointer（指標）的宣告類型有關。references（引用）也會像 pointers（指標）一樣表現出莫名其妙的行為。

　　但這僅僅是一個從實用出發的論據。我知道，你真正需要的是不能重定義 inherited non-virtual functions（通過繼承得到的非虛擬函數）的理論上的理由。我很願意效勞。

　　前文解釋了 public inheritance（公有繼承）意味著 is-a，在《C++箴言：介面繼承和實現繼承》一文中記述了為什麼在一個 class（類）中聲明一個 non-virtual function（非虛擬函數）是為這個 class（類）設定一個 invariant over specialization（超越特殊化的不變數），如果你將這些經驗應用於 classes（類）B 和 D 以及 non-virtual member function（非虛擬函數）B::mf，那麼：

　　每一件適用於 B objects（對象）的事情也適用於 D objects（對象），因為每一個 D objects 都 is-a（是一個）D objects（對象）；

　　從 B 繼承的 classes（類）必須同時繼承 mf 的 interface（介面）和 implementation（實現），因為 mf 在 B 中是 non-virtual（非虛擬）的。

　　現在，如果 D 重定義 mf，你的設計中就有了一處矛盾。如果 D 真的需要實現不同於 B 的 mf，而且如果每一個 B objects（對象）——無論如何特殊——都必須使用 B 對 mf 的實現，那麼每一個 D 都 is-a（是一個）B 就完全不成立。在那種情況下，D 就不應該從 B publicly inherit（公有繼承）。另一方面，如果 D 真的必須從 B publicly inherit（公有繼承），而且如果 D 真的需要實現不同於 B 的 mf，那麼 mf 反映了一個 B 的 invariant over specialization（超越特殊化的不變數）就不會成立。在那種情況下，mf 應該是 virtual（虛擬）的。最後，如果每一個 D 真的都 is-a（是一個）B，而且如果 mf 真的相當於一個 B 的 invariant over specialization（超越特殊化的不變數），那麼 D 就不會真的需要重定義 mf，而且想都不能想。

　　不管使用那一條規則，必須做出某些讓步，而且無條件地禁止重定義一個 inherited non-virtual function（通過繼承得到的非虛擬函數）。

　　如果閱讀本文給你 déjà vu（似曾相識）的感覺，那可能是因為你已經閱讀了《C++箴言：多態基類中將解構函式聲明為虛擬》，該文解釋了為什麼 polymorphic base classes（多態基類）中的 destructors（解構函式）應該是 virtual（虛擬）的。如果你違反了那個 guideline（指導方針）（例如，如果你在一個 polymorphic base class（多態基類）中聲明一個 non-virtual destructor（非虛擬解構函式）），你也同時違反了這裡這個 guideline（指導方針），因為 derived classes（衍生類別）總是要重定義一個 inherited non-virtual function（通過繼承得到的非虛擬函數）：base class（基類）的 destructor（解構函式）。甚至對於沒有聲明 destructor（解構函式）的 derived classes（衍生類別）這也是成立的，因為，就像《C++箴言:瞭解C++偷偷加上和調用了什麼》中的解釋，destructor（解構函式）是一個“如果你沒有定義你自己的，編譯器就會為你產生一個”的 member functions（成員函數）。其實，《C++箴言：多態基類中將解構函式聲明為虛擬》只相當於本文的一個特殊情況，儘管它重要到足以把它提出來獨立成篇。

　　Things to Remember

　　·絕不要重定義一個 inherited non-virtual function（通過繼承得到的非虛擬函數）。