避免對派生的非虛函數進行重定義

 今天無意中發現一個關於C++基礎的問題，當時愣是沒理解是什麼原因，現在搞明白了，就寫下來了。先看小程序，先實踐再理論吧，要不大家就睡著了。

#include <iostream> 
using namespace std; 
class Base 
{ 
public: 
      virtual void funtion(int arg = 1){cout<<arg<<endl;}       
}; 
class Derive : public Base 
{ 
public: 
      virtual void funtion(){cout<<"Derive"<<endl;} 
      virtual void funtion(int arg){cout<<"Derive"<<arg<<endl;}       
}; 
int main(int argc, char *argv[]) 
{ 
    Base* obj = new Derive(); 
    obj->funtion(); 
    system("pause"); 
    return 0;     
} 

上面的程序會出現什麼結果呢？我想會有很多人看到這個地方就會懷疑我程序的正確性了，大呼“你的程序是錯的”，但真的錯嗎？我們可以先執行下程序看下結果。很明顯，結果是調用了子類的函數，並且子類中arg參數的值是父類中的值1，運行結果為“Derive 1”。

   下面我就解釋下這種結果的原因，首先我先要說下對象的兩種類型：動態類型和靜態類型。

靜態類型 ：指針或者是引用聲明時的類型。

動態類型 ：由他實際指向的類型確定。

例如：

Base *pgo=   //pgo靜態類型是Base * 
new Derive; //動態類型是Derive * 
Asterioid *pa = new Asterioid; //pa的靜態類型是 Asterioid * 
//動態類型也是 Asterioid * 
pgo = pa; //pgo靜態類型總指向Base * 
//動態類型指向了 Asterioid * 
Base &rgo = *pa; //rgo的靜態類型是Base 
//動態類型是 Asterioid 

虛函數是動態綁定的，而默認參數值是靜態綁定的。運行時效率。如果默認參數值是動態綁定的話，那麼編譯器必須提供一整套方案，為運行時的虛函數參數確定恰當的默認值。而這樣做，比起C++當前使用的編譯時決定機制而言，將會更復雜、更慢。魚和熊掌不可兼得，C++將設計的中心傾向了速度和簡潔，你在享受效率的快感的同時，如果你忽略本條目的建議，你就會陷入困惑。

   其實對於這個問題在[Effective C++第3版]中也有提到，其第36條：避免對派生的非虛函數進行重定義。下面看下書中的描述：

現在考慮以下的層次結構：B是一個基類，D是由B的公有繼承類，B類中定義了一個公有成員函數mf，由於這裡mf的參數和返回值不是討論的重點，因此假設mf是無參數無返回值的函數。也就是說：

class B { 
public: 
  void mf(); 
}; 
class D: public B {  }; 
即使不知道B、D、mf的任何信息，讓我們聲明一個D的對象x： 
D x;                           // x 是D類型的對象 
B *pB = &x;                       // 指向x的指針 
pB->mf();                         // 通過指針調用mf函數 
D *pD = &x;                       // 指向x的指針 
pD->mf();                         // 通過指針調用mf函數 

在這裡，如果告訴你pD->mf()與pB->mf()可能擁有不同的行為，你一定會感到意外。這也難怪：因為兩次都是在調用x對象的成員函數mf，因為兩種情況下都是用了同一函數和同一對象，mf()理所應當應該有一致的行為。難道不是嗎？

 你說得沒錯，的確“理所應當”。但這一點無法得到保證。在特殊情況下，如果mf是非虛函數並且D類中對mf進行了重定義，那麼問題就出現了：

class D: public B { 
public: 
  void mf();                   // 隱藏了B::mf; 參見第33條 
}; 
pB->mf();                         // 調用B::mf 
pD->mf();                         // 調用D::mf 

 此類“雙面行為”的出現，究其原因，是由於諸如B::mf和D::mf這樣的非虛函數是靜態綁定的參見第37條）。這也就意味著：由於我們將pB聲明為指向B的指針，那麼通過pB所調用的所有非虛函數都將調用B類中的版本，即使pB指向一個B的派生類的對象也是如此，正如上文示例所示。

 然而，對於虛函數而言，它們在編譯期間采用動態綁定再次參見第37條），因此它們不會被這個問題困擾。如果mf是虛函數，那麼無論通過pB還是pD來調用mf都會是對D::mf的調用，這是因為pB和pD實際上指向同一對象，這個對象是D類型的。 

如果你正在編寫D類，並且你對由B類繼承而來的mf函數進行了重定義，那麼D類將會表現出不穩定的行為。在特定情況下，任意給定的D對象在調用mf函數時可能表現出B或D兩種不同的行為，而且決定哪種行為的因素是指向mf的指針的類型，與對象本身沒有任何關系。引用同指針一樣會出現這種莫名其妙的行為。

但是，本文的內容僅僅是從實際角度出發做出的分析，我知道，你真正需要的是對“避免對派生的非虛函數進行重定義”這一命題的理論推導。我很樂意效勞。

第32條解釋了公有繼承意味著A是一個B，第34條描述了為什麼在類中聲明一個非虛函數是對類本身設置的“個性化壁壘”。將上述理論應用到類B、D和非虛你函數B::mf上，我們可以得到：

·對B生效的所有東西對D也生效，這是因為所有的D對象都是B對象。 

·繼承自B的類必須同時繼承mf的接口和實現，這是因為mf是B類中的非虛函數。 

現在，如果在D類中對mf進行了重定義，那麼你的設計方案中就出現了一個矛盾。如果D確實需要與B不同的mf實現方案，並且對於所有的B對象，無論這些對象多麼個性化，它們都必須使用B實現版本的mf，於是我們可以很簡單地的出以下的結論：並不是每個D都是一個B。這種情況下，D並非公有繼承自B。然而，如果我們確實需要D是B的公有繼承類的話，並且D確實需要與B不同的mf實現版本，那麼mf對B的“個性化壁壘”作用就不復存在了。這種情況下，mf應該是虛函數。最後，如果每個D確實是一個B，並且mf確實對B起到了“個性化壁壘”的作用，那麼D中並不會真正的重定義mf，它也不應該做出這樣的嘗試。

無論從哪個角度講，我們都必須無條件地禁止對派生的非虛函數進行重定義。

如果閱讀本文給你一種似曾相識的感覺，那麼你一定是對閱讀過的第7條還有印象，在那裡，我們解釋了為什麼多態基類的析構函數必須為虛函數。如果你違背了第7條的思想比如，你在多態基類中聲明了一個非虛析構函數），那麼你也就同時違背了本條的思想。這是因為在派生類中繼承到的非虛函數一定會被重定義。即使派生類中不聲明任何析構函數也是如此，這是因為，對於一些特定的函數，即使你不自己生成它們，編譯器也會自動為你生成它們參見第5條）。從本質上講，第7條只不過是本條的一個特殊情況，只是因為它十分重要，我們才把它單列出一條來。

銘記在心

·避免在派生類中重定義非虛函數。

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