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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：
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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)
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
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Shape *ps1 = new Rectangle;ps1->Draw(); // calls Rectangle::DrawShape *ps2 = new Ellipse;ps2->Draw(); // calls Ellipse::Draw |
调用基类的 Draw()，须加 类作用域操作符 ::
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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
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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
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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
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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
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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 {public: 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
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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()
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Rectangel rc; // rc is an object of type RectangleShape *pB = &rc; // get pointer to rcpB->ObjectID(); // call ObjectID() through pointerRectangle *pD = &rc; // get pointer to rcpD->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？
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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
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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。
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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
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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;}; |
小结：
1) 公有继承
纯虚函数 => 继承的是：接口 (interface)
普通虚函数 => 继承的是：接口 + 缺省实现 (default implementation)
非虚成员函数 =>继承的是：接口 + 强制实现 (mandatory implementation)
2) 不要重新定义一个继承自基类的非虚函数 (never redefine an inherited non-virtual function)
3) 在声明需要重写的函数后，加关键字 override
参考资料
《Effective C++》3rd，item 34, item 36
《Effective Modern C++》 item 12