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《深入理解C++11:C++ 11新特性解析与应用》——2.10 final/override控制

类别:部分人

在了解c++11中的final/override关键字之前,我们先回顾一下c++关于重载的概念。简单地说,一个类a中声明的虚函数fun在其派生类b中再次被定义,且b中的函数fun跟a中fun的原型一样(函数名、参数列表等一样),那么我们就称b重载(overload)了a的fun函数。对于任何b类型的变量,调用成员函数fun都是调用了b重载的版本。而如果同时有a的派生类c,却并没有重载a的fun函数,那么调用成员函数fun则会调用a中的版本。这在c++中就实现多态。

在通常情况下,一旦在基类a中的成员函数fun被声明为virtual的,那么对于其派生类b而言,fun总是能够被重载的(除非被重写了)。有的时候我们并不想fun在b类型派生类中被重载,那么,c++98没有方法对此进行限制。我们看看下面这个具体的例子,如代码清单2-23所示。

《深入理解C++11:C++ 11新特性解析与应用》——2.10 final/override控制
《深入理解C++11:C++ 11新特性解析与应用》——2.10 final/override控制

在代码清单2-23中,我们的基础类mathobject定义了两个接口:arith和print。类printable则继承于mathobject并实现了print接口。接下来,add2和mul3为了使用mathobject的接口和printable的print的实现,于是都继承了printable。这样的类派生结构,在面向对象的编程中非常典型。不过倘若这里的printable和add2是由两个程序员完成的,printable的编写者不禁会有一些忧虑,如果add2的编写者重载了print函数,那么他所期望的统一风格的打印方式将不复存在。

对于java这种所有类型派生于单一元类型(object)的语言来说,这种问题早就出现了。因此java语言使用了final关键字来阻止函数继续重写。final关键字的作用是使派生类不可覆盖它所修饰的虚函数。c++11也采用了类似的做法,如代码清单2-24所示的例子。

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在代码清单2-24中,派生于object的base类重载了object的fun接口,并将本类中的fun函数声明为final的。那么派生于base的derived类对接口fun的重载则会导致编译时的错误。同理,在代码清单2-23中,printable的编写者如果要阻止派生类重载print函数,只需要在定义时使用final进行修饰就可以了。

读者可能注意到了,在代码清单2-23及代码清单2-24两个例子当中,final关键字都是用于描述一个派生类的。那么基类中的虚函数是否可以使用final关键字呢?答案是肯定的,不过这样将使用该虚函数无法被重载,也就失去了虚函数的意义。如果不想成员函数被重载,程序员可以直接将该成员函数定义为非虚的。而final通常只在继承关系的“中途”终止派生类的重载中有意义。从接口派生的角度而言,final可以在派生过程中任意地阻止一个接口的可重载性,这就给面向对象的程序员带来了更大的控制力。

在c++中重载还有一个特点,就是对于基类声明为virtual的函数,之后的重载版本都不需要再声明该重载函数为virtual。即使在派生类中声明了virtual,该关键字也是编译器可以忽略的。这带来了一些书写上的便利,却带来了一些阅读上的困难。比如代码清单2-23中的printable的print函数,程序员无法从printable的定义中看出print是一个虚函数还是非虚函数。另外一点就是,在c++中有的虚函数会“跨层”,没有在父类中声明的接口有可能是祖先的虚函数接口。比如在代码清单2-23中,如果printable不声明arith函数,其接口在add2和mul3中依然是可重载的,这同样是在父类中无法读到的信息。这样一来,如果类的继承结构比较长(不断地派生)或者比较复杂(比如偶尔多重继承),派生类的编写者会遇到信息分散、难以阅读的问题(虽然有时候编辑器会进行提示,不过编辑器不是总是那么有效)。而自己是否在重载一个接口,以及自己重载的接口的名字是否有拼写错误等,都非常不容易检查。

在c++11中为了帮助程序员写继承结构复杂的类型,引入了虚函数描述符override,如果派生类在虚函数声明时使用了override描述符,那么该函数必须重载其基类中的同名函数,否则代码将无法通过编译。我们来看一下如代码清单2-25所示的这个简单的例子。

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在代码清单2-25中,我们在基类base中定义了一些virtual的函数(接口)以及一个非virtual的函数print。其派生类derivedmid中,基类的base的接口都没有重载,不过通过注释可以发现,derivedmid的作者曾经想要重载出一个“void vneumann(double g)”的版本。这行注释显然迷惑了编写derivedtop的程序员,所以derivedtop的作者在重载所有base类的接口的时候,犯下了3种不同的错误:

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如果没有override修饰符,derivedtop的作者可能在编译后都没有意识到自己犯了这么多错误。因为编译器对以上3种错误不会有任何的警示。这里override修饰符则可以保证编译器辅助地做一些检查。我们可以看到,在代码清单2-25中,derivedtop作者的4处错误都无法通过编译。

此外,值得指出的是,在c++中,如果一个派生类的编写者自认为新写了一个接口,而实际上却重载了一个底层的接口(一些简单的名字如get、set、print就容易出现这样的状况),出现这种情况编译器还是爱莫能助的。不过这样无意中的重载一般不会带来太大的问题,因为派生类的变量如果调用了该接口,除了可能存在的一些虚函数开销外,仍然会执行派生类的版本。因此编译器也就没有必要提供检查“非重载”的状况。而检查“一定重载”的override关键字,对程序员的实际应用则会更有意义。

还有值得注意的是,如我们在第1章中提到的,final/override也可以定义为正常变量名,只有在其出现在函数后时才是能够控制继承/派生的关键字。通过这样的设计,很多含有final/override变量或者函数名的c++98代码就能够被c++编译器编译通过了。但出于安全考虑,建议读者在c++11代码中应该尽可能地避免这样的变量名称或将其定义在宏中,以防发生不必要的错误。

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