深入理解成员函数的重载、隐藏、覆盖规则

转自：http://blog.csdn.net/chinagudujian/archive/2007/11/06/1868867.aspx

 

看了林锐博士的《高质量Ｃ＋＋／Ｃ编程指南》，受益非浅。
　　其中的“成员函数的重载、覆盖、隐藏 ”这一节点出了一些本质的东西，可能因为博士处一个比较高的位置，对一些问题看来是理所当然，所以其解释可能过于简单，对初学者可能不是十分好理解。
　　下面，我就这三个规则提出一些个人的看法，理解。这个三规则的顺序我认为应该改为“重载、隐藏、覆盖”来讲，可能思路会清晰一些。

　　重载的特征：
　　１、处在相同的空间中，即相同的范围内。
　　２、函数名相同。
　　３、参数不同，即参数个数不同，或相同位置的参数类型不同。
　　４、virtual　关键字对是否够成重载无任何影响。
　　每个类维护一个自己的名字空间，即类域，所以派生类跟基类处于不同的空间之中，因些，虽然派生类自动继承了基类的成员变量及成员函数，但基类的函数跟派生类的函数不可能直接够成函数重载，因为它们处于两个不同的域。

　　隐藏规则：
　　１、派生类的函数跟基类的函数同名，但是参数不同，此时，不论有没有virtual关键字，基类函数将被隐藏。
　　２、派生类的函数跟基类的函数同名，且参数也样，但基类没有virtual关键字，此时基类函数也将被隐藏。

　　下面举个例子可能好理解一些：
　　#include <iostream>
       class Base
       {
       public:
              void g(float x){ cout << "Base::g(float) " << x << endl; }
              void h(float x){ cout << "Base::h(float) " << x << endl; }
       };
       class Derived : public Base
       {
       public:
              void g(int x){ cout << "Derived::g(int) " << x << endl; }
              void h(float x){ cout << "Derived::h(float) " << x << endl; }
       };

       void main(void)
       {
           Derived d;
           Base *pb = &d;
           Derived *pd = &d;

           // Bad : behavior depends on type of the pointer
           pb->g(3.14f); // Base::g(float) 3.14
           pd->g(3.14f); // Derived::g(int) 3 (surprise!)

           // Bad : behavior depends on type of the pointer
           pb->h(3.14f); // Base::h(float) 3.14 (surprise!)
           pd->h(3.14f); // Derived::h(float) 3.14
       }

　　参照隐藏规则，可以知道，派生类的成员函数都隐藏了基类的同名函数。
　　到这里可以讲一下对“隐藏”这个动词的理解了。所谓的隐藏，指的是派生类类型的对象、指针、引用访问基类和派生类都有的同名函数时，访问的是派生类的函数，即隐藏了基类的同名函数。这句话好像有点废，派生类访问的当然是派生的东西（即派生类的变量、函数）。可是再深入想一想，派生类自动继承了基类的成员，基类成员可以像派生类成员那样被直接访问，那为什么会当然访问派生类的成员？
　　所以，隐藏规则的底层原因其实是Ｃ＋＋的名字解析过程。

　　在继承机制下，派生类的类域被嵌套在基类的类域中。派生类的名字解析过程如下：
　　１、首先在派生类类域中查找该名字。
　　２、如果第一步中没有成功查找到该名字，即在派生类的类域中无法对该名字进行解析，则编译器在外围基类类域对查找该名字的定义。

　　所以，准确来说，当基类跟派生类共享一个名字时，派生类成员是“隐藏了对基类成员的直接访问”！只要加上作用域限定，还是可以访问到基类成员的。
　　上面的例子中，如果派生类Derived没有自己的成员函数void g( int x ){}，那么main()函数中pd->g(3.14f)访问的将是基类的成员函数，其输出将为Base::g(float) 3.14。
 　林锐博士对覆盖规则的定义如下:

　　(1)不同的范围（分别位于派生类与基类）;
　　(2)函数名字相同;
　　(3)参数相同;
　　(4)基类函数必须有virtual 关键字.

　　这样来理解重载、隐藏、覆盖确实是有点令人困惑.其实这个(覆盖)定义就是类的虚函数的定义.即,基类中,必须有virtual关键字,派生类函数的原型必须相同.
　　所谓的覆盖规则造成的调用现象,其实就是类的虚函数实现原理生成的.为了达到动态绑定(后期绑定)的目的,C++编译器通过某个表格(一般称为vtable),在执行期"间接"调用实际上欲绑定的函数.每一个内含虚函数的类,C++编译器都会为它做出一个虚函数表,表中的每一个元素都指向一个虚函数的地址.

    举个例子:
    class base{
    public:
        func();
        virtual vfunc1();
        virtual vfunc2();
        virtual vfunc3();
    private:
        int _data1;
        int _data2;
    };
    base对象实例在内存中占据的空间是这样的:
     base对象实例          vtable
--------------------------------------------------------------------------
         vptr ---------> (*vfunc1)() -----------> base::vfunc1();
        _data1           (*vfunc2)() -----------> base::vfunc2();
        _data2           (*vfunc3)() -----------> base::vfunc3();
--------------------------------------------------------------------------

    当派生类改写了虚函数时,虚函数表相应的被修改了:
    class derived: public base{
    public:
        vfunc2();
    };
    derived对象实例              vtable
--------------------------------------------------------------------------
         vptr  ---------> (*vfunc1)() -----------> base::vfunc1()      
        _data1;           (*vfunc2)() -----------> derived::vfunc2()     ****注意,这里变了!!!***
        _data2;           (*vfunc3)() -----------> base::vfunc3()
--------------------------------------------------------------------------

    所以当你写下如下程序的时候:
    void main(void)
    {
        Derived d;
        Base *pb = &d;
        pb->vfunc2(); // Derived::vfunc2(void)
    }

    就不难理解为何pb->vfunc2()调用的是derived::vfunc2()了,因为pb实际上指向派生类derived的实例,而派生类中的虚函数表已经被修改了.

    简单来说,隐藏规则就是C++的名字解析过程,自里向外解析,这个好理解;而覆盖规则其实就是C++虚函数表的实现原理.这样就可以比较容易的区分这两个知识点,而不用老是背隐藏规则跟覆盖规则的细微区别.
    而重载规则的,简单来说就是我在 深入理解成员函数的重载、隐藏、覆盖规则(一) 中所列的特征.而具体呢,重载实在太多东西写了,涉及到模板、命名空间等,有空再写:)

    (完--不是结局的结局.)

参考书籍:
    <The C++ Primer>      Stanley B Lippman、J o s é e L a j o i e
    <高质量C++编程>       林锐
    <深入浅出MFC第二版>   侯捷

注:以上例子主要来自<高质量C++编程>、<深入浅出MFC第二版>.