Effective Modern C++[实践]->使用 override 关键字声明要重写的函数

本文详细介绍了C++中的重载与覆盖概念,并通过示例对比了两者之间的区别。文章强调了正确使用override关键字的重要性,以避免常见的编程错误。

用关键字 override 声明覆盖函数。
成员函数引用后置修饰符可以区别对待左值和右值对象

重载和重写

好多博客在c++中列出了OverloadOverrideOverwrite三种基础概念,感觉这是不严谨的。官网并未给出有关overwirte概念的任何信息,如下:

在这里插入图片描述

重载 (在编译时实现)

如果同一作用域内的几个函数名字相同,但是形参列表不同,我们称之为重载函数。

基本示例如下:

#include <iostream>
using namespace std;
 
// overloaded functions
void test(int);
void test(float);
void test(int, float);
 
int main(){
    int a = 5;
    float b = 5.5;
 
    // Overloaded functions
    // with different type and
    // number of parameters
    test(a);
    test(b);
    test(a, b);
 
    return 0;
}
 
// Method 1
void test(int var){
    cout << "Integer number: " << var << endl;
}
 
// Method 2
void test(float var){
    cout << "Float number: "<< var << endl;
}
 
// Method 3
void test(int var1, float var2){
    cout << "Integer number: " << var1;
    cout << " and float number:" << var2;
}

更多知识参见:运算符重载重载决议等。

覆盖 (在运行时实现)

实现覆盖 必备条件

覆盖:派生类中定义的虚函数如果与基类中定义的同名虚函数具有相同的形参列表,则派生类将覆盖基类的版本。
如果要实现覆盖, 必须满足以下条件:

  1. 基类的函数必须声明为 virtual
  2. 基类和派生类的函数名称必须是完全一样的(析构函数除外)。
  3. 基类和派生类的函数参数类型必须完全一样。
  4. 基类和派生类的函数 const 特性必须完全一样。
  5. 基类和派生类的函数返回值类型和异常声明必须是兼容的。
  6. 函数的引用后置修饰符必须完全一样。
void doWork() &; // 只有*this是左值(lvalue) 时才能调用
void doWork() &&; //只有*this是右值(rvalue) 时才能调用

override关键字

正确声明派生类的覆盖函数是如此的重要,又如此容易出错,因此 C++11 给你提供了
一种显式声明 override, 表明派生类的函数是要覆盖对应的基类函数的

  1. 在成员函数的声明或定义中,override 说明符确保该函数为虚函数并覆盖某个基类中的虚函数。如果不是这样,那么程序为谬构(生成编译错误)。
  2. override 是在成员函数声明符之后使用时拥有特殊含义的标识符:其他情况下它不是保留的关键词。
struct A
{
    virtual void foo();
    void bar();
};
 
struct B : A
{
    void foo() const override; // 错误:B::foo 不覆盖 A::foo
                               // (签名不匹配)
    void foo() override; // OK:B::foo 覆盖 A::foo
    void bar() override; // 错误:A::bar 非虚
};

解决了两个问题

  1. 本意覆盖却变成了重写;
  2. 基类虚函数删除,后果可能很严重。
struct Base {
virtual void foo();
};
struct SubClass: Base {
void foo();
};

SubClass::foo 可能并不是程序员尝试重载虚函数,只是恰好加入了一个具有相同名字的函数。另一个可能的情形是,当基类的虚函数被删除后,子类拥有旧的函数就不再重载该虚拟函数并摇身一变成为了一个普通的类方法,这将造成灾难性的后果。

参考

[1] C++中的Overload、Override和Overwrite
[2] override 说明符(C++11 起)

<think>我们正在讨论C++中的虚函数表、动态绑定以及override关键字的用法和作用。用户希望了解这些机制的工作原理和正确使用方法。参考的引用内容提供了关于虚函数、虚函数表、动态绑定以及虚函数重写规则的重要信息。首先,根据引用[1]和[2],虚函数是支持运行时多态的成员函数,通过virtual关键字声明。虚函数表(vtable)是实现动态绑定的关键机制,每个包含虚函数的类都有一个虚函数表,其中存储了该类所有虚函数的地址。每个对象在创建时都会有一个指向其类的虚函数表的指针(vptr)。关于动态绑定的工作原理,引用[3]和[5]提到,当通过基类指针或引用调用虚函数时,程序会根据对象的实际类型(通过vptr找到对应的虚函数表)来调用正确的函数版本。这就是动态绑定,发生在运行时。引用[4]详细说明了重写函数的规则:必须保证函数名、参数列表、const属性完全一致,返回值类型也必须一致,除非是协变返回类型(即基类虚函数返回基类指针/引用,派生类重写时返回派生类指针/引用)。override关键字C++11引入的,它显式地表明一个函数重写基类的虚函数,如果不符合重写规则(比如函数签名不匹配),编译器会报错,从而避免因疏忽导致的错误。现在,我将组织一个结构清晰的回答,包括以下部分:1.虚函数表(vtable)的工作原理2.动态绑定的过程3.override关键字的用法和作用4.代码示例演示这些机制最后,生成相关问题。</think>### C++函数表、动态绑定与 `override` 关键字详解 #### **一、虚函数表(V-Table)工作原理** 1. **核心机制** - 每个包含虚函数的类都有一个**虚函数表**(函数指针数组) - 表中存储该类所有虚函数的地址及类型信息[^3] ```mermaid graph LR A[对象内存布局] --> B[虚表指针 vptr] B --> C[虚函数表 vtable] C --> D[虚函数1地址] C --> E[虚函数2地址] C --> F[类型信息 RTTI] ``` 2. **继承时的行为** | 场景 | 虚函数表变化 | 示例说明 | |---------------------|--------------------------------------|----------------------------| | 派生类未重写函数 | 复制基类虚函数地址 | `Dog` 类未重写 `Animal::eat()` | | 派生类重写函数 | 替换为重写后的函数地址 | `Dog::eat()` 覆盖 `Animal::eat()` | | 派生类新增虚函数 | 在虚函数表末尾添加新条目 | `Dog::bark()` 新增条目 | 3. **内存结构示例** ```cpp class Animal { // 基类 public: virtual void eat() { /*...*/ } // 虚函数 virtual ~Animal() {} // 虚析构 }; class Dog : public Animal { // 派生类 public: void eat() override { /*...*/ } // 重写函数 }; ``` **内存布局**: ``` +-------------+ +-------------------+ | Dog 对象 | | Dog 类的 vtable | +-------------+ +-------------------+ | vptr ------|-----> | Animal::~Animal() | | ... | | Dog::eat() | // 重写后的地址 +-------------+ +-------------------+ ``` #### **二、动态绑定机制** 1. **绑定过程** ```cpp Animal* animal = new Dog(); animal->eat(); // 动态绑定 ``` - **编译时**:记录 `eat()` 在虚函数表中的偏移量 - **运行时**: 1. 通过 `animal` 找到 `vptr` 2. 通过 `vptr` 访问虚函数表 3. 按偏移量找到 `Dog::eat()` 地址 4. 调用实际函数[^2][^5] 2. **静态绑定 vs 动态绑定** | 特性 | 静态绑定 | 动态绑定 | |--------------|-----------------------------|-----------------------------| | **绑定时机** | 编译时 | 运行时 | | **函数类型** | 非虚函数 | 虚函数 | | **性能** | 高效(直接调用) | 有开销(间接寻址) | | **灵活性** | 低 | 高(支持多态) | #### **三、`override` 关键字的用途** 1. **核心作用** - 显式声明重写基类虚函数 - **编译时检查**函数签名一致性(函数名、参数、const属性、返回类型)[^4] ```cpp class Base { public: virtual void func(int) const; }; class Derived : public Base { public: void func(int) const override; // ✅ 正确重写 // void func(short) override; // ❌ 编译错误:参数不匹配 // void foo() override; // ❌ 编译错误:基类无此虚函数 }; ``` 2. **避免的常见错误** - 函数名拼写错误(如 `Eat` vs `eat`) - 参数类型/数量不一致 - 遗漏 `const` 修饰符 - 返回值类型不兼容(协变返回类型除外) 3. **协变返回类型特例** 允许派生类返回更具体的类型: ```cpp class Animal { public: virtual Animal* clone() const; }; class Dog : public Animal { public: Dog* clone() const override; // ✅ 合法协变 }; ``` #### **四、完整代码示例** ```cpp #include <iostream> using namespace std; class Shape { public: virtual double area() const = 0; // 纯虚函数 virtual void draw() const { // 虚函数 cout << "Drawing shape" << endl; } virtual ~Shape() {} // 虚析构 }; class Circle : public Shape { double radius; public: Circle(double r) : radius(r) {} // override 确保正确重写 double area() const override { return 3.14 * radius * radius; } void draw() const override { cout << "Drawing circle" << endl; } }; int main() { Shape* shape = new Circle(5.0); // 动态绑定过程: // 1. 通过 shape 找到 vptr // 2. 通过 vptr 访问 Circle 的虚函数表 // 3. 调用实际函数 cout << "Area: " << shape->area() << endl; // 调用 Circle::area() shape->draw(); // 调用 Circle::draw() delete shape; } ``` #### **五、关键要点总结** 1. **虚函数表** - 实现多态的核心数据结构 - 每个多态类独占一个虚表 - 对象通过 `vptr` 访问虚表 2. **动态绑定** - 运行时通过虚函数表解析函数地址 - 仅适用于指针/引用调用虚函数 3. **`override` 优势** - 强制签名一致性检查 - 提升代码可读性 - 防止意外创建新虚函数
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