区分OverloadingOverriding及Hiding

Posted 2021-03-20 codeapes666

在面向对象（OO）的世界中存在着三个十分容易混淆的概念：重载（Overloading）、重写（Overriding）、隐藏（Hiding）。

1.重载

重载是指同一作用域的不同函数使用相同的函数名，但是函数的参数个数或类型不同。重载在C中就已经存在了，正如我们所熟悉的abs函数一样，如下所示：

double abs(double); 
int abs(int); 
abs(1);         // call abs(int); 
abs(1.0);       // call abs(double);

重载函数就是在一个类空间里具有相同名字、不同参数的一些函数。比如下面类Maxer中的Max函数：

class Maxer {
public:

    void Max(int a, int b);

    void Max(double a, double b);

    void Max(double a, double b, double c);

    ...// other code
};

但是，如果用派生类newMaxer继承基类Maxer：

class newMaxer : public Maxer {
public:

    void Max(int a, double b);

    ...// other code
};

派生类newMaxer中的Max函数并不是基类Maxer中Max函数的重载兄弟，因为它们分属于不同的作用域。所以当写下如下代码时，编译器会报错：

newMaxer newMax; 
newMax.Max(1, 3);     // 编译报错

这是因为在派生类的作用域中没有找到Max(int, int)的函数定义，基类Maxer中的Max被派生类中的Max(int, double)掩盖了，于是就出现了“参数不匹配”的错误提示。如果想让它们兄弟四个构成重载，需要将基类中的Max函数声明引入到派生类的作用域中，如下所示：

class newMaxer : public Maxer {
public:

    using Maxer::Max;
    void Max(int a, double b);

    ...// other code
};

2.重写

重写是指在派生类中对基类中的虚函数重新实现，即函数名和参数都一样，只是函数的实现体不一样。重写是我们十分熟悉的一个操作，它与虚函数的实现息息相关。这里涉及两个关键要素：派生类和虚函数，如下所示：

class Student {
public:

    Student(){}

    ~Student(){}

    virtual void Show() {
        std::cout<<"Student..."<<std::endl;
    }
    
};

class CollegeStudent : public Student {
public:

    CollegeStudent(){}

    ~CollegeStudent(){}

    virtual void Show() {
        std::cout<<"CollegeStudent..."<<std::endl;
    }
}

但是重写有几点必须注意：

（1）函数的重写与访问层级（public、private、protected）无关。

class CollegeStudent : public Student {
public:

    CollegeStudent(){}

    ~CollegeStudent(){}
    
private:

    virtual void Show() {
        std::cout<<"CollegeStudent..."<<std::endl;
    }
}

上述派生类中的Show与基类的访问层级不同，但还是成功地实现了对该函数的特殊定制。

（2）const可能会使虚成员函数的重写失效。

常量成员函数与一般的成员函数在函数签名中是不同的，其常量属性是函数签名中的一部分。

class CollegeStudent : public Student {
public:

    CollegeStudent(){}

    ~CollegeStudent(){}
    
    virtual void Show()const {
        std::cout<<"CollegeStudent..."<<std::endl;
    }
}

因为具有不同的函数签名，所以派生类中的Show函数并没有重写基类中的Show函数。

（3）重写函数必须和原函数具有相同的返回类型。

因为函数的返回类型不是函数签名的一部分，所以若派生类重写了基类类型中对应的函数，那么它们必须有相同的返回类型。如果返回值不同，编译器会抛出“重写虚函数返回类型有差异”的错误警示，如下所示：

class CollegeStudent : public Student {
public:

    CollegeStudent(){}

    ~CollegeStudent(){}
    
    virtual bool Show() {
        std::cout<<"CollegeStudent..."<<std::endl;
    }
}

该规则存在一种例外情形，称为“协变返回值类型”。协变的返回值必须是子类或是父类的指针或是引用，如下所示：

class CollegeStudent : public Student {
public:

    CollegeStudent(){}

    ~CollegeStudent(){}
    
    CollegeStudent& Show() {
        std::cout<<"CollegeStudent..."<<std::endl;
    }
}

需要注意的是，如果有返回值，返回值必须是子类或父类的引用或指针，如果父类的返回值是引用，那么子类返回值也是引用；如果父类返回值是指针，那么子类返回值也是指针。否则，编译将不通过。

3.隐藏

隐藏是指派生类中的函数屏蔽基类中具有相同名字的非虚函数。所以它的两个重要要素就是派生类和非虚函数。

在调用一个类的成员函数时，编译器会沿着类的继承链逐级地向上查找函数的定义，如果找到就停止。如果一个派生类和一个基类有一个同名函数，由于派生类在继承链中处于下层，编译器则最终会选择派生类中的函数。如此一来，基类的同名成员函数就会屏蔽隐藏，编译器的函数查找也就到达不了基类中。

还是采用前面的newMaxer类中的Max函数来说明这一问题，如下所示：

class Maxer {
public:

    void Max(int a, int b);

    void Max(double a, double b);

    void Max(double a, double b, double c);

    ...// other code
};

class newMaxer : public Maxer {
public:

    bool Max(int a, int b);
    void Max(int a, double b);

    ...// other code
};

当编译器在继承链中查找到Max函数时，派生类中的Max函数阻止了它向上寻找，隐藏了基类中的Max。

4.总结

最后，列出一张简单的表格让大家可以对这三者有个清晰的理解。

关系	作用域	有无virtual	函数名	参数类型	返回值类型
重载	相同	可有可无	相同	不同	可同可不同
重写（覆盖）	不同	有	相同	相同	相同（协变）
隐藏（重定义）	不同	可有可无	相同	可同可不同	可同可不同

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