C++ 纯虚函数 虚函数 override

Posted 2021-09-11 软件工程小施同学

override在C++中它是覆盖了一个方法并且对其重写，从而达到不同的作用。在我们C++编程过程中，最熟悉的就是对接口方法的实现，在接口中一般只是对方法进行了声明，而我们在实现时，就需要实现接口声明的所有方法。还有一个典型应用就是在继承中也可能会在子类覆盖父类的方法。

1.公有继承

包含两部分：一是“接口”(interface)，二是 “实现” (implementation)。

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

纯虚函数，继承的是基类成员函数的接口，必须在派生类中重写该函数的实现：

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

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

调用基类的 Draw()，须加 类作用域操作符 ::

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

1.2 普通虚函数

普通虚函数，对应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的接口和缺省的实现，由派生类自行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, CarA 和 CarB 是 Car的两种类型，且二者的运行方式完全相同

class Car{ 
public: 
 virtual void Run(const Car& destination); 
}; 
class CarA: public Car{ ... }; 
class CarB: public Car{ ... };

这是典型的面向对象设计，两个类共享一个特性 – Run，则 Run可在基类中实现，并由两个派生类继承。

现增加一个新的飞机型号 CarC，其飞行方式与 CarA，CarB 并不相同，假如不小心忘了在 CarC 中重写新的 Fly 函数

class CarC: public Car{ 
 ... // no fly function is declared 
};

这就是前面所说的，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. 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:

class Car{ 
public: 
 virtual void Run(const Run& destination) = 0; 
}; 
  
void Car::Run(const Airport& destination) 
{ 
 // a pure virtual function default code for Run an Car to the given destination 
} 
  
class CarA: public Car{ 
public: 
 virtual void Run(const Car& destination) { Car::Run(destination); } 

这样在派生类 CarC 中，即使一不小心忘记重写 Run函数，也不会调用 Car的缺省实现

class CarC: public CAr{ 
public: 
 virtual void Run(const Car& destination); 
}; 
  
void CarC::Run(const Car& destination) 
{ 
 // code for Run a CarC Car to the given destination 
}

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 CarC中忘记重写 Run函数，C++11 中使用关键字 override，可以避免这样的“一不小心”。
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，无须重新定义继承自基类的成员函数，如下：

使用指针调用 Name 函数，则都是调用的 Person::Name()

Student s1; // s1 is an object of type Student 
  
Person *p= &s1; // get pointer to s1 
p->Name(); // call Name() through pointer 
  
Student *s= &s1; // get pointer to s1 
s->Name(); // call Name() through pointer

如果在派生类中重新定义了继承自基类的成员函数 Name

class Student : public Person{ 
public: 
 int Name() const; // hides Person::Name 
}; 
  
p->Name(); // calls Person::Name() 
s->Name(); // calls Student::Name() 

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，p被声明的是 Person* 类型的指针，则通过 p调用的非虚函数都是基类中的，既使 p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 p被声明为 Person* 还是 Student* 类型，其调用的虚函数取决于 p实际指向的对象类型

2 重写 (override)
在程序中加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 Base 基类和 Derived 派生类为例，详细阐述之

class Base { 
public: 
 virtual void fun1() const; 
 virtual void fun2(int x); 
 virtual void fun3() &; 
 void fun4() const; // is not declared virtual in Base 
}; 
  
class Derived: public Base { 
public: 
 virtual void fun1();  // declared const in Base, but not in Derived. 
 virtual void fun2(unsigned int x); // takes an int in Base, but an unsigned int in Derived 
 virtual void fun3() &&; // is lvalue-qualified in Base, but rvalue-qualified in Derived. 
 void fun4() 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。

class Derived: public Base { 
public: 
 virtual void fun1() override; 
 virtual void fun2(unsigned int x) override; 
 virtual void fun3() && override; 
 virtual void fun4() const override; 
};
class Derived: public Base { 
public: 
 virtual void fun1() const override; // adding "virtual" is OK, but not necessary 
 virtual void fun2(int x) override; 
 void fun3() & override; 
 void fun4() const override; 
};

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
这样，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。

在使用中需要注意以下几点：

覆盖的方法的标志必须要和被覆盖的方法的标志完全匹配，才能达到覆盖的效果；
覆盖的方法的返回值必须和被覆盖的方法的返回一致；
覆盖的方法所抛出的异常必须和被覆盖方法的所抛出的异常一致，或者是其子类；
被覆盖的方法不能为private，否则在其子类中只是新定义了一个方法，并没有对其进行覆盖。
 

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