現在考慮以下的層次結構:B是一個基類,D是由B的公共繼承類,B類中定義了一個公有成員函數mf,由于這里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。即:
class B {
public:
void mf();
...
};
class D: public B { ... };
即使不知道B、D、mf的任何信息,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
在這里,如果告訴你pD->mf()與pB->mf()將擁有不同的行為,你很可能會感到意外。因為兩種情況都調用了x對象的成員函數mf,兩次調用使用了同一函數和同一對象,mf()理所應當具有一致的行為。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是非虛函數并且D類中對mf進行了重定義,那么問題就出現了:
class D: public B {
public:
void mf(); // 隱藏了B::mf; 參見條目33
...
};
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,是由于諸如B::mf和D::mf這樣的非虛函數是靜態綁定的(參見條目37)。這也就意味著:由于我們將pB聲明為指向B的指針,那么通過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。
另一方面,由于虛函數是動態綁定的(再次參見條目37),因此它們不會被這個問題困擾。如果mf是虛函數,那么無論通過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,并且你對由B類繼承而來的mf函數進行了重定義,那么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,決定因素將是指向mf的指針的類型,與對象本身沒有任何關系。引用同樣會遭遇這種令人困惑的行為。
但是,上述內容僅僅是實用層面的分析,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。
條目32解釋了公共繼承意味著“A是一個B”,條目34描述了為什么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:
l 對B生效的所有東西對D也生效,這是因為每一個D對象都是一個B對象。
l 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中重定義了mf,那么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,與此同時,如果對于所有的B對象(無論多么個性化的)確實必須使用B實現版本的mf,于是我們可以很簡單地推斷出:并不是每個D都是一個B。這種情況下,D并非公共繼承自B。另一方面,如果D確實必須是B的公共繼承類,與此同時,如果D確實需要與B不同的mf實現版本,那么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。最后,如果每個D確實是一個B,與此同時,如果mf確實對B起到了“個性化壁壘”的作用,那么D中并不會真正需要重定義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,那么你一定是對閱讀過的條目7還有印象,在那里,我們解釋了為什么多態基類的析構函數必須為虛函數。如果你違背了條目7的思想(也就是說,你在多態基類中聲明了一個非虛構函數),那么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(基類的析構函數)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,對于一些特定的函數,即使你不自己聲明它們,編譯器也會自動為你生成(參見條目5)。從本質上講,條目7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個條目。
時刻牢記
l 避免在派生類中重定義非虛函數。