Effective c++ 读书笔记六——条款32-37 重载，重写, 重定义

学习完本章，相信会对OOP有更深的理解！

首先区别下重载(overload)，重写(override,也称覆盖), 重定义(redefine）

一、重载（overload）
指函数名相同，但是它的参数表列个数或顺序，类型不同。但是不能靠返回类型来判断。
（1）相同的范围（在同一个作用域中） ；
（2）函数名字相同；
（3）参数必须不同；
（4）virtual 关键字可有可无。
（5）返回值可以不同；

二、重写（也称为覆盖 override，继承关系中存在）
是指派生类重新定义基类的函数，特征是：
（1）不在同一个作用域（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。
（5）返回值相同（或是协变），否则报错；<—-协变这个概念我也是第一次才知道…
（6）重写函数的访问修饰符可以不同。尽管 virtual 是 private 的，派生类中重写改写为 public,protected 也是可以的

三、重定义（也称隐藏，子类重新定义父类中的函数，屏蔽了父类的同名函数）见条款33，只适用于子类对象
（1）不在同一个作用域（分别位于派生类与基类） ；
（2）函数名字相同；
（3）返回值可以不同；
（4）参数不同。此时，不论有无 virtual 关键字，基类的函数将被隐藏（注意别与重载以及覆盖混淆） 。
（5）子类和父类的函数名称相同，参数也相同，但是父类函数不是virtual函数，父类的函数将被隐藏。（这里会有特殊情况，若父类指针指向子类对象，非虚成员函数不会被隐藏，而是调用父类成员函数。原因：普通函数是静态绑定的）

#include <iostream>
#include <complex>
using namespace std;

class Base
{
public:
    virtual void fun1(){cout<<"base fun1"<<endl;}
    virtual void fun2(){cout<<"base fun2"<<endl;}
    void fun3(){cout<<"base fun3"<<endl;}
    void fun4(){cout<<"base fun4"<<endl;}
    virtual void a(int x) { cout << "Base::a(int)" << endl; }
    // overload the Base::a(int) function
    virtual void a(double x) { cout << "Base::a(double)" << endl; }
    virtual void b(int x) { cout << "Base::b(int)" << endl; }
    void c() { cout << "Base::c(int)" << endl; }
    void d() { cout << "Base::d" << endl;}
};

class Derived : public Base
{
public:
    virtual void fun1(){cout<<"derived fun1"<<endl;}
    void fun2(int x){cout<<"derived fun2"<<endl;}
    virtual void fun3(){cout<<"derived fun3"<<endl;}
    void fun4(){cout<<"derived fun4"<<endl;}
    // redefine the Base::a() function
    void a(double x) { cout << "Derived::a(complex)" << endl; }
    // override the Base::b(int) function
    void b(int x) { cout << "Derived::b(int)" << endl; }
    // redefine the Base::c() function
    void c(int x) { cout << "Derived::c(int)" << endl; }
    void d()      { cout << "Derived::d" << endl;}
};

int main()
{
    Base ba;
    Base *pb1;
    Derived de;
    pb1 = &de;
    pb1->fun1();  //Derived fun1 
    pb1->fun2();  //base fun2 此处不会隐藏基类函数，不太明白，与基类指针有关、
    pb1->fun3();  //base fun3 
    pb1->fun4();  //base fun4
    de.fun2(10); //derived fun2
    //de.a(10);
    pb1->a(10);  //"Base::a(int)"
    //de.c();   //掩盖，出错

    //pb1->c(10);//出错
    //de.c(); //基类函数被隐藏，没有不带参数的c函数，会编译出错
    de.c(10);  //Derived::c(int)
    pb1->c();  //Base::c(int)
    //子类和父类的函数名称相同，参数也相同，但是父类函数不是virtual函数，父类的函数将被隐藏。
    de.d();    //"Derived::d"
    pb1->d();  //"Base::d"
    //de.fun2();  //隐藏，出错
    de.fun2(10);  //"derived fun2"
    //pb1->fun2(10);//出错
////////////////////////    
    Base base;
    Derived der;
    Base* pb = new Derived;
    // ----------------------------------- //
    base.a(1.0); // Base::a(double)
    der.a(1.0); // Derived::a(complex) //只有子类对象调用重定义函数，基类函数才会被隐藏。
    pb->a(1.0); //"Base::a(double)"  This is redefine the Base::a() function
    // pb->a(complex<double>(1.0, 2.0)); // clear the annotation and have a try
    // ----------------------------------- //
    base.b(10); // Base::b(int)  只有基类对象调用重写函数，基类函数才不会被覆盖。
    der.b(10); // Derived::b(int)
    pb->b(10); // Derived::b(int), This is the virtual function
    // ----------------------------------- //
    delete pb;
    pb->c(10); //Base::c(int) 重定义。调用基类的函数
    return 0;

}

1.Base类中的第二个函数a是对第一个的重载

2.Derived类中的函数b是对Base类中函数b的重写，即使用了虚函数特性。

3.Derived类中的函数a是对Base类中函数a的隐藏，即重定义了。

4.pb指针是一个指向Base类型的指针，但是它实际指向了一个Derived的空间，这里对pd调用函数的处理(多态性)取决于是否重写(虚函数特性)了函数，若没有，则依然调用基类。

5.只有在通过基类指针或基类引用 间接指向派生类类型时多态性才会起作用。

6.因为Base类的函数c没有定义为virtual虚函数，所以Derived类的函数c是对Base::c()的重定义。

条款32：确定你的public继承塑模出is-a关系

　　以C++进行面向对象编程，最重要的一个规则是：public inheritance（公有继承）意味is-a（是一种）的关系。

　　如果你令class D以public形式继承class B，你便是告诉C++编译器（以及你的代码读者）说，每一个类型为D的对象同时也是一个类型为B的对象，反之不成立。你的意思是B比D表现出更一般化得概念，而D比B表现出更特殊化的概念。你主张：“B对象可派上用场的任何地方，D对象一样可以派上用场”，因为每一个D对象都是一种（是一个）B对象。反之如果你需要一个D对象，B对象无法效劳，因为虽然每个D对象都是一个B对象，反之并不成立。
在C++领域中，任何函数如果期望获得一个类型为基类的实参（而不管是传指针或是引用），都也愿意接受一个派生类对象（而不管是传指针或是引用）。这个论点只对public 继承才成立。private继承意义见条款39.

 class Person {……};
 class Student: public Person {……};
    void eat(const Person& p);
    void study(const Student& s);
    Person p;
    Student s;
    eat(p);//正确
    eat(s);//正确
    study(s);//正确
    study(p);//错误 p不是学生，学习行为是不对的。

有时public和is-a之间的关系会误导我们。例如，企鹅（penguin）是一种鸟，这是事实；鸟可以飞，这也是事实。如果以C++描述这层关系：

    class Bird{
        public：
        virtual void fly();
        ……
    };
    class Penguin: public Bird{
        ……
    };

企鹅不能飞是事实。所以此程序不是我们想要的。为了表现“企鹅不会飞”的限制，我们可以不定义fly函数，

   class Bird{
        public：
        ……
    };
    class Penguin: public Bird{
        ……
    };

这样，如果 Penguin p; p.fly();编译就会出错。而不是让它在运行期间才发现错误。

　　好的接口可以防止无效的代码通过编译，因此你应该宁可采取“在编译期拒绝”的设计，而不是“运行期才侦测”的设计。

　　is-a只是存在class继承关系中的一种，还有两个继承关系式has-a（有一个）和is-implemented-in-terms-of（根据某物实现出）。这些关系将在条款**38和条款**39讨论。在设计类时，应该了解这些classes之间的相互关系和相互差异，在去塑模类之间的关系。

请记住：

♦“public继承”意味is-a。适用于base classes身上的每一件事情一定也使用于derived classes身上，因为每一个derived classes对象也都是一个base classes对象。

条款33：避免遮掩继承而来的名称

　　C++的名称遮掩规则所做的唯一事情就是：遮掩名称。至于名称是否是相同或不同的类型，并不重要。即，只要名称相同就覆盖基类相应的成员，不管是类型，参数个数，都无关紧要。派生类的作用域嵌套在基类的作用域内。
　　在许多情况下，在基类中不能对虚函数给出有意义的实现，而把它声明为纯虚函数，它的实现留给该基类的派生类去做。这就是纯虚函数的作用。
　　凡是含有纯虚函数的类叫做抽象类。这种类不能声明对象，只是作为基类为派生类服务。除非在派生类中完全实现基类中所有的的纯虚函数，否则，派生类也变成了抽象类，不能实例化对象。
　　C++的继承关系的遮掩名称也并不管成员函数是纯虚函数，非纯虚函数或非虚函数等。只和名称有关。

 class Base{
    private:
        int x;
    public:
        virtual void mf1()=0;
        virtual void mf1(int);
        virtual void mf2();
        void mf3();
        void mf3(double);
        ……
    };
    class Derived: public Base{
    public:
        virtual void mf1();
        void mf3();
        void mf4();
        ……
    };

　　因为以作用域为基础的“名称遮掩规则”，base class内所有名称为mf1和mf3的函数都被derived class内的mf1和mf3函数遮掩掉了。从名称查找观点来看，Base::mf1和Base::mf3都不再被Derived继承。

    Derived d;
    int x;
    d.mf1();//正确，调用Derived::mf1
    d.mf1(x);//错误，此处含参，因为Derived::mf1遮掩了Base::mf1
    d.mf2();//正确，调用Base::mf2
    d.mf3();//正确，调用Derived::mf3
    d.mf3(x);//错误，因为Derived::mf3遮掩了Base::mf3

　　如果你真的需要用到基类的被名称遮掩的函数，可以使用using声明式，引入基类的成员函数。如下：在子类中

//让Base class内名为mf1和mf3的所有东西在Derived作用域内都可见，且为public
        using Base::mf1;
        using Base::mf3;

如果你继承base class，且加上重载函数（子类函数名和基类相同）；你又希望重新定义或覆写其中一部分，那么要把被遮掩的每个名称引入一个using声明。

请记住：
♦ derived calsses内的名称会遮掩base classes内的名称。在public继承下从来没有人希望如此。
♦ 为了让被遮掩的名称再见天日，可使用using声明式或转交函数（forwarding function）。

条款34：区分接口继承和实现继承

表面上直截了当的public继承概念，经过更严密的检查之后，发现它由两部分组成：函数接口继承和函数实现继承。

所谓接口继承，就是派生类只继承函数的接口，也就是声明；而实现继承，就是派生类同时继承函数的接口和实现。
我们都很清楚C++中有几个基本的概念，虚函数、纯虚函数、非虚函数。

虚函数:
虚函数是指一个类中你希望重载的成员函数，当你用一个基类指针或引用指向一个继承类对象的时候，你调用一个虚函数，实际调用的是继承类的版本。

虚函数用来表现基类和派生类的成员函数之间的一种关系. 虚函数的定义在基类中进行,在需要定义为虚函数的成员函数的声明前冠以关键字 virtual. 基类中的某个成员函数被声明为虚函数后,此虚函数就可以在一个或多个派生类中被重新定义.

在派生类中重新定义时,其函数原型,包括返回类型,函数名,参数个数,参数类型及参数的先后顺序,都必须与基类中的原型完全相同. 虚函数是重载的一种表现形式,是一种动态的重载方式.

纯虚函数：
纯虚函数在基类中没有定义，它们被初始化为0。 任何用纯虚函数派生的类，都要自己提供该函数的具体实现。 定义纯虚函数 virtual void fun(void) = 0;

非虚函数：
一般成员函数，无virtual关键字修饰。 至于为什么要定义这些函数，我们可以将虚函数、纯虚函数和非虚函数的功能与接口继承与实现继承联系起来：

声明一个纯虚函数（pure virtual）的目的是为了让派生类只继承函数接口，也就是上面说的接口继承。
纯虚函数一般是在不方便具体实现此函数的情况下使用。也就是说基类无法为继承类规定一个统一的缺省操作，但继承类又必须含有这个函数接口，并对其分别实现。但是，在C++中，我们是可以为纯虚函数提供定义的，只不过这种定义对继承类来说没有特定的意义。因为继承类仍然要根据各自需要实现函数。
通俗说，纯虚函数就是要求其继承类必须含有该函数接口，并对其进行实现。是对继承类的一种接口实现要求，但并不提供缺省操作，各个继承类必须分别实现自己的操作。

声明非纯虚函数（impure virtual）的目的是让继承类继承该函数的接口和缺省实现。 与纯虚函数唯一的不同就是其为继承类提供了缺省操作，继承类可以不实现自己的操作而采用基类提供的默认操作。

声明非虚函数（non-virtual）的目的是为了令继承类继承函数接口及一份强制性实现。 相对于虚函数来说，非虚函数对继承类要求的更为严格，继承类不仅要继承函数接口，而且也要继承函数实现。也就是为继承类定义了一种行为。

总结： 纯虚函数：要求继承类必须含有某个接口，并对接口函数实现。 虚函数：继承类必须含有某个接口，可以自己实现，也可以不实现，而采用基类定义的缺省实现。 非虚函数：继承类必须含有某个接口，必须使用基类的实现。

请记住：
◆接口继承和实现继承不同。在public继承之下，derived classes总是继承base class的接口。
◆pure virtual函数只具体制定接口继承。
◆简朴的（非纯）impure virtual函数具体制定接口继承及缺省实现继承。
◆non-virtual函数具体制定接口继承以及强制性实现继承。

条款35：考虑virtual函数以外的其它选择*

当你为解决问题而寻找某个设计方法时，不妨考虑virtual函数的替代方案。
请记住：
◆使用non-virtual interfance (NVI)手法,NVI手法自身是一个特殊形式的Template Method设计模式。
◆将virtual函数替换为“函数指针成员变量”，这是strategy设计模式的一种分解表现方式。
◆将机能从成员函数移到class外部函数，带来的一个缺点是，非成员函数无法访问class的non-public成员。
◆tr1::function对象的行为就像一般函数指针。这样的对象可接纳“与给定之目标签名式（target signature）兼容”的所有可调用物（callable entities）。

条款36：绝不重新定义继承而来的non-virtual函数

以一个例子来展开本条款阐述内容。假设class D是class B的派生类，class B中有一个public成员函数mf：

class B{
public:
    void mf();
    ……
};

class D: public B {……};
由一下方式调用

D x;
B* pB=&x;
pB->mf();
D* pD=&x;
pD->mf();

上面的两次调用函数mf得到的行为相同吗？虽然mf是个non-virtual函数，但是如果class D中有自己定义的mf版本，那就行为真的不同。

class D: public B {
public:
    void mf();//遮掩了B::mf。见条款33
……};
pB->mf();//调用B::mf
pD->mf();//调用D::mf。

之所以行为不一致，是因为non-virtual函数是静态绑定的（statically bound，条款 37）。pB被声明为一个pointer-to-B，通过pB调用的non-virtual函数永远是B所定义的版本。
但是virtual函数是动态绑定（dynamically bound，条款 37），所以virtual函数不受这个约束，即通过指针调用，实际调用的函数是指针真正指向对象的那个函数。这里就是真正指向的是类型为D的对象。

如果你打算在class D中重新定义继承自class B的non-virtual函数，D对象很可能会出现行为不一致行径。更明确一点，即任何一个D对象都可能表现出B或D的行为；决定因素不在对象自身，而在于“指向该对象之指针”当初声明类型。References也会展现出和指针一样难以理解的行径。

前面已经说过，public继承是is-a 关系（条款 32）。**条款**34说过，class内声明一个non-virtual函数会为该class建立一个不变性（invariant），它凌驾其特异性（specialization）。将这两个观点施行到class B和class D上以及non-virtual函数B::mf上，那么：

■ 适用于B对象的每一件事，也适用于D对象。（is-a 关系）
■ B的derived classes一定会继承mf的接口和实现，因为mf是一个non-virtual函数。

现在在D中重新定义mf，就会有矛盾。1、如果D真的有必要重新实现mf（不同于B的），那么is-a 关系就不成立，因为每个D都是B不再为真；既然这样，就不应该以public形式继承。2、如果D必须以public方式继承B，且D有需求实现不同的mf，那么久不能反映出不变性凌驾特异性；既然这样就应该声明为virtual函数。3、如果每个D是一个B为真，且mf真的可以反映出不变性凌驾特异性的性质，那么D久不需要重新定义mf了。

不论上面那个观点，结论都相同：任何情况下都不应该重新定义一个基础而来的non-virtual函数。

在条款 7已经知道，base class内的析构函数应该是virtual；如果你违反了条款 7，你也就违反了本条款，因为析构函数每个class都有，即使你没有自己编写。
请记住：

◆绝对不要重新定义继承而来的non-virtual函数。

条款37：绝不重新定义继承而来的缺省参数值

关键词：静态类型 动态类型

在继承中，只能继承两种函数：virtual和non-virtual。在条款 36中我们学到，不能重新定义一个继承而来的non-virtual函数。本条款讨论的是继承virtual函数问题，再具体一点：继承一个带有缺省参数值的virtual函数。

我们应该知道，virtual函数是动态绑定（dynamically bound），缺省参数值却是静态绑定（statically bound）。

对象的静态类型（static type）是它在程序中被声明时采用的类型，例如

class Shape{
public:
    enum ShapeColor{ Red, Green, Blue};
    virtual void draw(ShapeColor color=Red) const=0;
    ……
};
class Rectangle: public Shape{
public:
    virtual void draw(ShapeColor color=Green) const;//不同缺省参数值，很糟糕
    ……
};
class Circle: public Shape{
public:
    virtual void draw(ShapeColor color) const;
    /*客户调用上面函数时，如果使用对象调用，必须指定参数值，因为静态绑定下这个函数不从base继承缺省值。*/
    /*如果使用指针或引用调用，可以不指定缺省参数值，动态绑定会从base继承缺省参数值*/
    ……
};

这个继承很简单。现在这样使用

Shape* ps;
Shape* pc=new Circle;
Shape* pr=new Rectangle;

这些指针类型都是pointer-to-Shape类型，都是静态类型Shape*。
对象的动态类型是指“目前所指对象类型”。动态类型可以表现出一个对象将会有什么行为。pc动态类型是Circle*，pr动态类型是Rectangle*，ps没有动态类型（它没有指向任何对象）。动态类型可以在执行过程中改变，重新赋值可以改变动态类型。

virtual函数是动态绑定的，调用哪一份函数实现的代码，取决于调用的那个对象的动态类型。

pc->draw(Shape::Red);//调用circle::draw(shape::red)
pr->draw(Shape::Red);//调用rectangle：：draw(shape::red)

这样调用无可非议，都带有参数值。但是如果不带参数值呢

pr->draw();//调用Rectangle::draw(Shape::Red)
上面调用中，pr动态类型是Rectangle*，所以调用Rectangle的virtual函数。Rectangle::draw函数缺省值是GREEN，但是pr是静态类型Shape*，所以这个调用的缺省参数值来自Shape class，不是Rectangle class。这次调用两个函数各出了一半的力。

C++之所以使用这么怪异的运作方式，是因为效率问题。如果缺省参数值动态绑定，编译器必须有某种办法在运行期为virtual函数决定适当的参数缺省值。这比目前实行的“在编译器决定”的机制更慢且更复杂。为了执行速度和编译器实现上的简易度，C++做了这样的取舍。

我们尝试遵守这个规则，给base class和derived class提供相同参数值

class Shape{
public:
enum ShapeColor{ Red, Green, Blue};
virtual void draw(ShapeColor color=Red) const=0;
……
};
class Rectangle: public Shape{
public:
virtual void draw(ShapeColor color=Red) const;
……
};
这样问题又来了，代码重复且带着相依性（with dependencies）：如果Shape内缺省参数值改变了，那么derived classes的缺省参数值也要改变，否则就会导致重复定义一个继承而来的缺省参数值。

当时如果的确需要derived classes的缺省参数值，那么就需要替代方法。条款 35列出了一些virtual函数的替代方法，例如NVI手法：

class Shape{
public:
    enum ShapeColor{ Red, Green, Blue};
    void draw(ShapeColor=Red) const
    {
        doDraw(color);
    }
    ……
private:
    virtual void doDraw(ShapeColor color) const=0;//真正在这里完成工作
};
class Rectangle: public Shape{
public:
    ……
private:
    virtual void draw(ShapeColor color) const;//注意不需指定缺省参数值
    ……
};

因为non-virtual函数不会被derived覆写（条款 36），这个设计很清楚的使得draw函数的color缺省参数值总是Red。

请记住：
◆ 绝对不要重新定义一个继承而来的缺省参数值，因为缺省参数值都是静态绑定，而virtual函数——你唯一应该覆写的东西——却是动态绑定。