C++11 之 override 關鍵字

1  公有繼承

  當派生類公有繼承自 (public inheritance) 基類時，繼承包含兩部分：一是函數的"接口" (interface)，二是函數的"實現" (implementation)

  基類 Shape 中有三個不同形式的成員函數，分別代表公有繼承的三種情況

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  純虛函數

  虛函數末尾加上 "= 0"，聲明為純虛函數 (pure virtual)，表示派生類繼承的只是基類成員函數的接口，且要在派生類中重寫該函數的實現

  同時，一個基類中包含了純虛函數，則該基類便為抽象基類，是不能被實例化的

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

  如下代碼，調用的是派生類 Rectangle 和 Ellipse 中，各自經過重寫 (override) 的成員函數 Rectangel::Draw 和 Ellipse::Draw

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

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

  當然，如果想要調用基類的成員函數，可以加上類作用域操作符 ::

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

1.2  一般虛函數

  函數聲明前加 virtual 關鍵字，且末尾沒有 "= 0"，則該函數即為一般虛函數，需要在基類中定義一個缺省的實現 (implementation)

  一般虛函數，表示派生類繼承的是基類成員函數的接口和缺省的實現，且派生類可自行選擇是否重寫該函數的實現 (implementation)

  實際上，允許一般虛函數同時繼承接口和缺省實現是危險的，如下例子： ModelA 和 ModelB 是 Airplane 的兩種飛機類型，且二者的飛行方式相同

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 { ... };

  這是典型的面向對象設計，兩個類共享 (share) 一個共同的特性 (feature) -- fly，則 fly 可以在基類中實現，並由兩個派生類公有繼承之

  現在增加一個新的飛機型號 ModelC，其飛行方式與 ModelA，ModelB 並不相同，假如不小心忘了在 ModelC 中重寫新的 fly 函數

class ModelC: public Airplane {
    ... // no fly function is declared
};

  則調用 ModelC 中的 fly 函數，就是調用 Airplane::fly，但是 ModelC 的飛行方式和缺省的並不相同

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

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

  這就是前面所說的，一般虛函數同時繼承接口和缺省實現是危險的，最好是基類中實現缺省行為 (behavior)，但只有在派生類要求時才提供該缺省行為

  一種方法是純虛函數 + 缺省實現，因為是純虛函數，所以只有接口被派生類繼承，其缺省的實現不會被繼承，派生類要想使用該缺省的實現，則必須顯式的調用

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); }
};

  這樣在派生類 ModelC 中，即使一不小心忘記重寫 fly 函數，則也不會調用 Airplane 的缺省實現，造成不必要的損失

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，上面問題的關鍵就在於，一不小心在派生類 ModelC 中忘記重寫 fly 函數，C++11 中使用關鍵字 override，可以避免這樣的“一不小心”

1.3  非虛成員函數

  非虛成員函數沒有 virtual 關鍵字，表示派生類不僅繼承了基類成員函數的接口，而且繼承了該函數的一個強制實現 (mandatory implementation)

  既然繼承的是一個強制的實現，那麼此時就要求，在派生類中，不要重新定義 (redefine) 繼承自基類的成員函數，如下所示：

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

class D: public B { ... };

  使用指針調用 mf 函數，則都是調用的 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

  如果在派生類中重新定義了繼承自基類的成員函數 mf 呢？

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

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

  此時，派生類中重新定義的成員函數會“隱藏” (hide) 繼承自基類的成員函數

  這是因為非虛函數是“靜態綁定”的，pB 被聲明的是 B* 類型的指針，則通過 pB 調用的非虛函數都是基類 B 中的，既使 pB 指向的是派生類 D  與之“靜態綁定”相對的是虛函數的“動態綁定”，即無論 pB 被聲明為 B* 還是 D* 類型，其調用的虛函數取決於 pB 實際指向的對象類型

2  重寫 (override)

  在 2.2 中提到，override 關鍵字可以避免，派生類中忘記重寫虛函數的錯誤，下面以 Base 基類和 Derived 派生類為例，詳細闡述之

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;        
};

  在派生類中，重寫 (override) 繼承自基類成員函數的實現 (implementation) 時，要滿足如下條件：

  一虛：基類中，成員函數聲明為虛擬的 (virtual)

  二容：基類和派生類中，成員函數的返回類型和異常規格 (exception specification) 必須兼容

  四同：基類和派生類中，成員函數名、形參類型、常量屬性 (constness) 和 引用限定符 (reference qualifier) 必須完全相

  如此多的限制條件，導致了虛函數重寫如上述代碼，極容易因為一個不小心而出錯

  而 C++11中的 override 關鍵字，可以顯式的派生類中聲明，哪些成員函數需要被重寫，如果沒被重寫，則編譯器會報錯

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;
};

  這樣，即使不小心漏寫了虛函數重寫的某個苛刻條件，也可以通過編譯器的報錯，快速改正錯誤

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
}; 

 小結：

1)  public inheritance :

　　pure virtual function => inheritance of interface

　　impure virtual function => inheritance of interface plus default implementation

　　non-virtual function => inheritance of interface plus madatory implementation

2)  never redefine an inherited non-virtual function

3)  declare overriding functions override

參考資料：

 <Effective C++_3rd> item 34, item 36

 <Effective Modern C++> item 12