避免對派生的非虛擬函式進行重定義薦

 今天無意中發現一個關於C++基礎的問題，當時愣是沒理解是什麼原因，現在搞明白了，就寫下來了。先看小程式，先實踐再理論吧，要不大家就睡著了。

#include <iostream> 
using namespace std; 
class Base 
{ 
public: 
      virtual void funtion(int arg = 1){cout<<arg<<endl;}       
}; 
class Derive : public Base 
{ 
public: 
      virtual void funtion(){cout<<"Derive"<<endl;} 
      virtual void funtion(int arg){cout<<"Derive"<<arg<<endl;}       
}; 
int main(int argc, char *argv[]) 
{ 
    Base* obj = new Derive(); 
    obj->funtion(); 
    system("pause"); 
    return 0;     
} 

 

上面的程式會出現什麼結果呢？我想會有很多人看到這個地方就會懷疑我程式的正確性了，大呼“你的程式是錯的”，但真的錯嗎？我們可以先執行下程式看下結果。很明顯，結果是呼叫了子類的函式，並且子類中arg引數的值是父類中的值1，執行結果為“Derive 1”。

   下面我就解釋下這種結果的原因，首先我先要說下物件的兩種型別：動態型別和靜態型別。

靜態型別 ：指標或者是引用宣告時的型別。

動態型別 ：由他實際指向的型別確定。

例如：

Base *pgo=   //pgo靜態型別是Base * 
new Derive; //動態型別是Derive * 
Asterioid *pa = new Asterioid; //pa的靜態型別是 Asterioid * 
//動態型別也是 Asterioid * 
pgo = pa; //pgo靜態型別總指向Base * 
//動態型別指向了 Asterioid * 
Base &rgo = *pa; //rgo的靜態型別是Base 
//動態型別是 Asterioid 

虛擬函式是動態繫結的，而預設引數值是靜態繫結的。執行時效率。如果預設引數值是動態繫結的話，那麼編譯器必須提供一整套方案，為執行時的虛擬函式引數確定恰當的預設值。而這樣做，比起C++當前使用的編譯時決定機制而言，將會更復雜、更慢。魚和熊掌不可兼得，C++將設計的中心傾向了速度和簡潔，你在享受效率的快感的同時，如果你忽略本條目的建議，你就會陷入困惑。

   其實對於這個問題在[Effective C++第3版]中也有提到，其第36條：避免對派生的非虛擬函式進行重定義。下面看下書中的描述：

現在考慮以下的層次結構：B是一個基類，D是由B的公有繼承類，B類中定義了一個公有成員函式mf，由於這裡mf的引數和返回值不是討論的重點，因此假設mf是無引數無返回值的函式。也就是說：

class B { 
public: 
  void mf(); 
}; 
class D: public B {  }; 
即使不知道B、D、mf的任何資訊，讓我們宣告一個D的物件x： 
D x;                           // x 是D型別的物件 
B *pB = &x;                       // 指向x的指標 
pB->mf();                         // 通過指標呼叫mf函式 
D *pD = &x;                       // 指向x的指標 
pD->mf();                         // 通過指標呼叫mf函式 

在這裡，如果告訴你pD->mf()與pB->mf()可能擁有不同的行為，你一定會感到意外。這也難怪：因為兩次都是在呼叫x物件的成員函式mf，因為兩種情況下都是用了同一函式和同一物件，mf()理所應當應該有一致的行為。難道不是嗎？

 

你說得沒錯，的確“理所應當”。但這一點無法得到保證。在特殊情況下，如果mf是非虛擬函式並且D類中對mf進行了重定義，那麼問題就出現了：

class D: public B { 
public: 
  void mf();                   // 隱藏了B::mf; 參見第33條 
}; 
pB->mf();                         // 呼叫B::mf 
pD->mf();                         // 呼叫D::mf 

 

此類“雙面行為”的出現，究其原因，是由於諸如B::mf和D::mf這樣的非虛擬函式是靜態繫結的（參見第37條）。這也就意味著：由於我們將pB宣告為指向B的指標，那麼通過pB所呼叫的所有非虛擬函式都將呼叫B類中的版本，即使pB指向一個B的派生類的物件也是如此，正如上文示例所示。

 

然而，對於虛擬函式而言，它們在編譯期間採用動態繫結（再次參見第37條），因此它們不會被這個問題困擾。如果mf是虛擬函式，那麼無論通過pB還是pD來呼叫mf都會是對D::mf的呼叫，這是因為pB和pD實際上指向同一物件，這個物件是D型別的。

 

如果你正在編寫D類，並且你對由B類繼承而來的mf函式進行了重定義，那麼D類將會表現出不穩定的行為。在特定情況下，任意給定的D物件在呼叫mf函式時可能表現出B或D兩種不同的行為，而且決定哪種行為的因素是指向mf的指標的型別，與物件本身沒有任何關係。引用同指標一樣會出現這種莫名其妙的行為。

但是，本文的內容僅僅是從實際角度出發做出的分析，我知道，你真正需要的是對“避免對派生的非虛擬函式進行重定義”這一命題的理論推導。我很樂意效勞。

第32條解釋了公有繼承意味著A是一個B，第34條描述了為什麼在類中宣告一個非虛擬函式是對類本身設定的“個性化壁壘”。將上述理論應用到類B、D和非虛你函式B::mf上，我們可以得到：

·對B生效的所有東西對D也生效，這是因為所有的D物件都是B物件。

 

·繼承自B的類必須同時繼承mf的介面和實現，這是因為mf是B類中的非虛擬函式。

 

現在，如果在D類中對mf進行了重定義，那麼你的設計方案中就出現了一個矛盾。如果D確實需要與B不同的mf實現方案，並且對於所有的B物件，無論這些物件多麼個性化，它們都必須使用B實現版本的mf，於是我們可以很簡單地的出以下的結論：並不是每個D都是一個B。這種情況下，D並非公有繼承自B。然而，如果我們確實需要D是B的公有繼承類的話，並且D確實需要與B不同的mf實現版本，那麼mf對B的“個性化壁壘”作用就不復存在了。這種情況下，mf應該是虛擬函式。最後，如果每個D確實是一個B，並且mf確實對B起到了“個性化壁壘”的作用，那麼D中並不會真正的重定義mf，它也不應該做出這樣的嘗試。

無論從哪個角度講，我們都必須無條件地禁止對派生的非虛擬函式進行重定義。

如果閱讀本文給你一種似曾相識的感覺，那麼你一定是對閱讀過的第7條還有印象，在那裡，我們解釋了為什麼多型基類的解構函式必須為虛擬函式。如果你違背了第7條的思想（比如，你在多型基類中宣告瞭一個非虛解構函式），那麼你也就同時違背了本條的思想。這是因為在派生類中繼承到的非虛擬函式一定會被重定義。即使派生類中不宣告任何解構函式也是如此，這是因為，對於一些特定的函式，即使你不自己生成它們，編譯器也會自動為你生成它們（參見第5條）。從本質上講，第7條只不過是本條的一個特殊情況，只是因為它十分重要，我們才把它單列出一條來。

銘記在心

·避免在派生類中重定義非虛擬函式。