避免对派生的非虚函数进行重定义

 今天无意中发现一个关于C++基础的问题，当时愣是没理解是什么原因，现在搞明白了，就写下来了。先看小程序，先实践再理论吧，要不大家就睡着了。

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

 

上面的程序会出现什么结果呢？我想会有很多人看到这个地方就会怀疑我程序的正确性了，大呼“你的程序是错的”，但真的错吗？我们可以先执行下程序看下结果。很明显，结果是调用了子类的函数，并且子类中arg参数的值是父类中的值1，运行结果为“Derive 1”。

   下面我就解释下这种结果的原因，首先我先要说下对象的两种类型：动态类型和静态类型。

静态类型 ：指针或者是引用声明时的类型。

动态类型 ：由他实际指向的类型确定。

例如：

Base *pgo=   //pgo静态类型是Base *
new Derive; //动态类型是Derive *
Asterioid *pa = new Asterioid; //pa的静态类型是 Asterioid *
//动态类型也是 Asterioid *
pgo = pa; //pgo静态类型总指向Base *
//动态类型指向了 Asterioid *
Base &rgo = *pa; //rgo的静态类型是Base
//动态类型是 Asterioid

虚函数是动态绑定的，而默认参数值是静态绑定的。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。

   其实对于这个问题在[Effective C++第3版]中也有提到，其第36条：避免对派生的非虚函数进行重定义。下面看下书中的描述：

现在考虑以下的层次结构：B是一个基类，D是由B的公有继承类，B类中定义了一个公有成员函数mf，由于这里mf的参数和返回值不是讨论的重点，因此假设mf是无参数无返回值的函数。也就是说：

class B {
public:
  void mf();
};
class D: public B {  };
即使不知道B、D、mf的任何信息，让我们声明一个D的对象x：
D x;                           // x 是D类型的对象
B *pB = &x;                       // 指向x的指针
pB->mf();                         // 通过指针调用mf函数
D *pD = &x;                       // 指向x的指针
pD->mf();                         // 通过指针调用mf函数

在这里，如果告诉你pD->mf()与pB->mf()可能拥有不同的行为，你一定会感到意外。这也难怪：因为两次都是在调用x对象的成员函数mf，因为两种情况下都是用了同一函数和同一对象，mf()理所应当应该有一致的行为。难道不是吗？

  你说得没错，的确“理所应当”。但这一点无法得到保证。在特殊情况下，如果mf是非虚函数并且D类中对mf进行了重定义，那么问题就出现了：

class D: public B {
public:
  void mf();                   // 隐藏了B::mf; 参见第33条
};
pB->mf();                         // 调用B::mf
pD->mf();                         // 调用D::mf

  此类“双面行为”的出现，究其原因，是由于诸如B::mf和D::mf这样的非虚函数是静态绑定的（参见第37条）。这也就意味着：由于我们将pB声明为指向B的指针，那么通过pB所调用的所有非虚函数都将调用B类中的版本，即使pB指向一个B的派生类的对象也是如此，正如上文示例所示。

  然而，对于虚函数而言，它们在编译期间采用动态绑定（再次参见第37条），因此它们不会被这个问题困扰。如果mf是虚函数，那么无论通过pB还是pD来调用mf都会是对D::mf的调用，这是因为pB和pD实际上指向同一对象，这个对象是D类型的。  

如果你正在编写D类，并且你对由B类继承而来的mf函数进行了重定义，那么D类将会表现出不稳定的行为。在特定情况下，任意给定的D对象在调用mf函数时可能表现出B或D两种不同的行为，而且决定哪种行为的因素是指向mf的指针的类型，与对象本身没有任何关系。引用同指针一样会出现这种莫名其妙的行为。

但是，本文的内容仅仅是从实际角度出发做出的分析，我知道，你真正需要的是对“避免对派生的非虚函数进行重定义”这一命题的理论推导。我很乐意效劳。

第32条解释了公有继承意味着A是一个B，第34条描述了为什么在类中声明一个非虚函数是对类本身设置的“个性化壁垒”。将上述理论应用到类B、D和非虚你函数B::mf上，我们可以得到：

·对B生效的所有东西对D也生效，这是因为所有的D对象都是B对象。  

·继承自B的类必须同时继承mf的接口和实现，这是因为mf是B类中的非虚函数。  

现在，如果在D类中对mf进行了重定义，那么你的设计方案中就出现了一个矛盾。如果D确实需要与B不同的mf实现方案，并且对于所有的B对象，无论这些对象多么个性化，它们都必须使用B实现版本的mf，于是我们可以很简单地的出以下的结论：并不是每个D都是一个B。这种情况下，D并非公有继承自B。然而，如果我们确实需要D是B的公有继承类的话，并且D确实需要与B不同的mf实现版本，那么mf对B的“个性化壁垒”作用就不复存在了。这种情况下，mf应该是虚函数。最后，如果每个D确实是一个B，并且mf确实对B起到了“个性化壁垒”的作用，那么D中并不会真正的重定义mf，它也不应该做出这样的尝试。

无论从哪个角度讲，我们都必须无条件地禁止对派生的非虚函数进行重定义。

如果阅读本文给你一种似曾相识的感觉，那么你一定是对阅读过的第7条还有印象，在那里，我们解释了为什么多态基类的析构函数必须为虚函数。如果你违背了第7条的思想（比如，你在多态基类中声明了一个非虚析构函数），那么你也就同时违背了本条的思想。这是因为在派生类中继承到的非虚函数一定会被重定义。即使派生类中不声明任何析构函数也是如此，这是因为，对于一些特定的函数，即使你不自己生成它们，编译器也会自动为你生成它们（参见第5条）。从本质上讲，第7条只不过是本条的一个特殊情况，只是因为它十分重要，我们才把它单列出一条来。

铭记在心

·避免在派生类中重定义非虚函数。