Эффективное использование C++. 55 верных способов улучшить структуру и код ваших программ

...
};
class D: public B {...};

Даже ничего не зная о B, D или mf, имея объект x типа D,

D x; // x – объект типа D

вы, наверное, удивитесь, когда код

B *pB = &x; // получить указатель на x
PB->mf(); // вызвать mf с помощью ука

поведет себя иначе, чем

D *pD = &x; // получить указатель на x
PD->mf(); // вызвать mf через указатель

Ведь в обоих случаях вы вызываете функцию-член объекта x. Поскольку вы имеете дело с одной и той же функцией и одним и тем же объектом, поведение в обоих случаях должно быть одинаково, не так ли?

Да, так должно быть, но не всегда бывает. В частности, вы получите иной результат, если mf невиртуальна, а D определяет собственную версию mf:

class D: public B {
public:
void mf(); // скрывает B:mf; см. правило 33
...
};
PB->mf(); // вызвать B::mf
PD->mf(); // вызвать D::mf

Причина такого «двуличного» поведения заключается в том, что невиртуальные функции, подобные B::mf и D::mf, связываются статически (см. правило 37). Это означает, что когда pB объявляется как указатель на объект тип B, невиртуальные функции, вызываемые посредством pB, – это всегда функции, определения которых даны в классе B, даже если pB, как в данном примере, указывает на объект класса, производного от B.

С другой стороны, виртуальные функции связываются динамически (снова см. правило 37), поэтому для них не существует такой проблемы. Если бы функция mf была виртуальной, то ее вызов как посредством pB, так и посредством pD означал бы вызов D::mf, потому в действительности pB и pD указывают на объект типа D.

В итоге, если вы пишете класс D и переопределяете невиртуальную функцию mf, наследуемую от класса B, есть вероятность, что объекты D будут вести себя совершенно непредсказуемо. В частности, любой конкретный объект D может вести себя при вызове mf либо как B, либо как D, причем определяющим фактором будет не тип самого объекта, а лишь тип указателя на него. При этом ссылки в этом отношении ведут себя ничем не лучше указателей.

Это все, что относится к «прагматической» аргументации. Теперь, я уверен, требуется некоторое теоретическое обоснование запрета на переопределение наследуемых невиртуальных функций. С удовольствием его представлю.

В правиле 32 объясняется, что открытое наследование всегда означает «является разновидностью», а в правиле 34 говорится, почему объявление невиртуальной функции в классе определяет инвариант относительно специализации этого класса. Если вы примените эти наблюдения к классам B и D и невиртуальной функции B: mf, то получите следующее:

• Все, что применимо к объектам B, применимо и к объектам D, поскольку каждый объект D также является объектом B;

• Подклассы B должны наследовать как интерфейс, так и реализацию mf, потому что mf невиртуальна в B.

Теперь, если D переопределяет mf, возникает противоречие. Если класс D действительно должен содержать отличную от B реализацию mf и если каждый объект B, являющийся разновидностью B, действительно должен использовать реализацию mf из B, тогда неверно, что каждый объект класса D является разновидностью B. В этом случае D не должен открыто наследовать B. С другой стороны, если класс D действительно должен открыто наследовать B и если D действительно должен содержать реализацию mf, отличную от B, тогда неверно, что mf является инвариантом относительно специализации B. В этом случае mf должна быть виртуальной. И наконец, если каждый объект класса D действительно является разновидностью B и если mf – действительно инвариант относительно специализации B, тогда D, по правде говоря, не нуждается в переопределении mf и не должен пытаться это делать.

Независимо от того, какой из аргументов применим в вашем случае, чем-то придется пожертвовать, но при любых обстоятельствах запрет на переопределение наследуемых невиртуальных функций остается в силе.

Если при чтении этого правила у вас возникло ощущение «дежа вю», то, наверное, вы просто вспомнили правило 7, где я объяснял, почему деструкторы в полиморфных базовых классах должны быть виртуальными. Если вы не следуете этому совету (то есть объявляете невиртуальные деструкторы в полиморфных базовых классах), то нарушаете и требование, изложенное в настоящем правиле, потому что все производные классы автоматически переопределяют унаследованную невиртуальную функцию – деструктор базового класса. Это верно даже для производных классов, в которых нет деструкторов, потому что, как объясняется в правиле 5, компилятор генерирует деструктор автоматически, если вы не определяете его сами. По существу, правило 7 – это лишь частный случай настоящего правила, хотя и заслуживает отдельного внимания и рекомендаций по применению.

Что следует помнить

• Никогда не переопределяйте наследуемые невиртуальные функции.

Правило 37: Никогда не переопределяйте наследуемое значение аргумента функции по умолчанию

Давайте с самого начала упростим обсуждение. Есть только два типа функций, которые можно наследовать: виртуальные и невиртуальные. Но переопределять наследуемые невиртуальные функции в любом случае ошибочно (см. правило 36), поэтому мы вполне можем ограничить наше обсуждение случаем наследования виртуальной функции со значением аргумента по умолчанию.

В этих обстоятельствах мотивировка настоящего правила становится достаточно очевидной: виртуальные функции связываются динамически, а значения аргументов по умолчанию – статически.

Что это значит? Вы говорите, что уже позабыли, в чем заключается разница между статическим и динамическим связыванием? (Кстати, статическое связывание называют еще ранним связыванием, а динамическое – поздним.) Что ж, давайте освежим вашу память.

Статический тип объекта – это тип, объявленный вами в тексте программы. Рассмотрим следующую иерархию классов:

// классы для представления геометрических фигур
class Shape {
public:
enum ShapeColor { Red, Green, Blue };
// все фигуры должны предоставлять функцию для рисования
virtual void draw(ShapeColor color = Red) const = 0;
...
};
class Rectangle: public Shape {
public:
// заметьте, другое значение параметра по умолчанию – плохо!
virtual void draw(ShapeColor color = Green) const;