• 第37条:避免对函数中继承得来的默认参数值进行重定义


    让我们开门见山的讨论本话题:可以继承的函数可以分为两种:虚拟的和非虚拟的。然而,重定义一个非虚拟的派生函数始终是一个错误(参见第36条),因此,我们可以放心地将此处的讨论范围缩小至以下情况:继承一个含有默认参数值的虚函数。

    此情况下,本条目的证明问题则显得十分了然:虚函数是动态绑定的,而默认参数值是静态绑定的。

    你说啥?静态绑定于动态绑定之间的区别已经让你头晕目眩了?(静态绑定又称早期绑定,动态绑定又称晚期绑定,这是官方说法。)我们只好复习一下了。

    一个对象的静态类型就是你在对其进行声明时赋予它的类型。请考虑下面的类层次结构: 

    // 几何形状类
     class Shape {
    public:
      enum ShapeColor { Red, Green, Blue };
     
      // 所有形状必须提供一个自我绘制函数
      virtual void draw(ShapeColor color = Red) const = 0;
      
    };
     
    class Rectangle: public Shape {
    public:
     // 请注意:默认参数值变了 —— 糟糕!
      virtual void draw(ShapeColor color = Green) const;
      
    };
     
    class Circle: public Shape {
    public:
      virtual void draw(ShapeColor color) const;
      
    };

     UML来表示:

    现在请考虑下面的指针:

    Shape *ps;                    // 静态类型 = Shape*
    Shape *pc = new Circle;       // 静态类型 = Shape*
    Shape *pr = new Rectangle;    // 静态类型 = Shape*

     示例中,pspc以及pr都声明为指向Shape的指针,因此他们的静态类型均为Shape*。请注意,这样做使得无论他们实际指向的对象是什么类型,他们的静态类型都必为Shape*

    对象的动态类型是通过他当前引用的对象的类型决定的。也就是说,动态类型表明了他应具有怎样的行为。在上文的示例中,pc的动态类型是Circle*pr的动态类型是Rectangle*。而对于ps来说,他在当前根本不具备动态类型,因为他(目前)还没有引用任何对象呢。

    动态类型,顾名思义,在程序运行时可能会有所改变,通常是通过赋值操作发生: 

    ps = pc;               // ps当前的动态类型为Circle*
    ps = pr;               // ps当前的动态类型为Rectangle*

     虚函数是动态绑定的,这就意味着,对于一个特定的函数调用,其调用对象的动态类型将决定调用这一函数的哪个版本: 

    pc->draw(Shape::Red);      // 调用 Circle::draw(Shape::Red)
    pr->draw(Shape::Red);       // 调用 Rectangle::draw(Shape::Red)

     我知道这些都是老生常谈了,你当然已经对虚函数有了透彻的理解。只有在虚函数包含默认参数值时,情况才有所不同。这是因为(如上文所述),虚函数是动态绑定的,但是默认参数是静态绑定的。这也就意味着对于一个虚函数,你可能会调用它在派生类中的定义,而默认参数值则采用基类中的值: 

    pr->draw();                       // 调用 Rectangle::draw(Shape::Red)!

     这种情况下,由于pr的动态类型是Rectangle*,于是此处便调用了虚函数drawRectangle版本,正如你所愿。在Rectangle::draw中,默认参数值是Green。然而,因为pr的静态类型是Shape*,这里的draw调用将采用Shape类中的默认参数值,而不是Rectangle!最终,在Shape类和Rectangle类之间,对于draw的调用必将出现混乱的无法预知的现象。

    这里pspcpr是指针,然而这并不影响上文的结论。如果他们是引用的话,问题同样存在。这里只有一个重点:draw是虚函数,他的一个默认参数值在派生类中被重定义了。

    为何C++在这一问题上如此倒行逆施? 答案是:运行时效率。如果默认参数值是动态绑定的话,那么编译器必须提供一整套方案,为运行时的虚函数参数确定恰当的默认值。而这样做,比起C++当前使用的编译时决定机制而言,将会更复杂、更慢。鱼和熊掌不可兼得,C++将设计的中心倾向了速度和简洁,你在享受效率的快感的同时,如果你忽略本条目的建议,你就会陷入困惑。

    一切看上去似乎尽善尽美了,但是一旦你不假思索的遵守本条建议,为基类和派生类分别提供默认参数值的话,看看将会发生什么: 

    class Shape {
    public:
      enum ShapeColor { Red, Green, Blue };
     
      virtual void draw(ShapeColor color = Red) const = 0;
      
    };
    class Rectangle: public Shape {
    public:
      virtual void draw(ShapeColor color = Red) const;
      
    };

     吁……恼人的重复代码。还有更糟的:这些重复代码彼此还有依赖:如果Shape中的默认参数值改变了的话,那么所有的派生类中相应的值都必须改变。否则这些函数仍将改变继承来的默认参数值。那么怎么办呢?

    遇到麻烦了?虚函数无法按照你预想的方式运行?这时候明智的做法是:考虑一个替代的设计方案,第35条中介绍了几种虚函数的替代方案。其中一种是非虚拟接口惯例方案(NVI惯例):在基类中用一个公有的非虚函数调用一个私有的虚函数,并在派生类中重定义这一虚函数。在这里,我们将默认参数置于非虚函数中,让虚函数做具体的工作。

    class Shape {
    public:
      enum ShapeColor { Red, Green, Blue };
     
      void draw(ShapeColor color = Red) const     // 现在draw是非虚函数
      {
        doDraw(color);                            // 调用一个虚函数
      }
     
      
     
    private:
      virtual void doDraw(ShapeColor color) const = 0;
                                                  // 这个函数做真正的工作
    };
     
    class Rectangle: public Shape {
    public:
     
      
     
    private:
      virtual void doDraw(ShapeColor color) const//此处不需要默认参数值
      
    };

     由于在派生类中不能对非虚函数进行重载(参见第36条),因此,显然地,这一设计方案使得draw函数中color参数的缺省值永远为Red

    铭记在心

    ·避免在对函数中继承得来的默认参数值进行重定义,这是因为默认参数值是静态绑定的,而(派生类中唯一一类可以重定义的)虚函数是动态绑定的。

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