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[ECPP读书笔记 条目37] 避免对函数中继承得来的默认参数值进行重定义

让我们开门见山的讨论本话题:可以继承的函数可以分为两种:虚拟的和非虚拟的。然而,由于重定义一个派生的非虚函数始终是一个错误(参见条目36),因此我们可以放心地将此处的讨论范围缩小至以下情况:继承一个含有默认参数值的函数。

此情况下,证明本条目的结论非常简单:虚函数是动态绑定的,而默认参数值是静态绑定的。

你说啥?静态绑定与动态绑定之间的区别已经让你头晕目眩了?(众所周知,静态绑定又称早期绑定,动态绑定又称晚期绑定。)我们只好复习一下了。

一个对象的静态类型就是你在对其进行声明时赋予它的类型。请考虑下面的类层次结构: 

// 几何形状类

class Shape {

public:

  enum ShapeColor { Red, Green, Blue };

 

  // 所有形状必须提供一个自我绘制函数
  virtual void draw(ShapeColor color = Red) const = 0;

  ...

};

 

class Rectangle: public Shape {

public:

  // 请注意:默认参数值变了——糟糕!

  virtual void draw(ShapeColor color = Green) const;

  ...

};

 

class Circle: public Shape {

public:

  virtual void draw(ShapeColor color) const;

  ...

};

用UML来表示:


现在请考虑下面的指针:

Shape *ps;                        // 静态类型 = Shape*

Shape *pc = new Circle;           // 静态类型 = Shape*

Shape *pr = new Rectangle;        // 静态类型 = Shape*

示例中,由于pspc以及pr都声明为指向Shape的指针,因此他们的静态类型均为Shape*。请注意,这样做使得无论他们实际指向的对象是什么类型,他们的静态类型都必为Shape*

对象的动态类型是通过他当前引用的对象的类型决定的。也就是说,动态类型表明了他应具有怎样的行为。在上文的示例中,pc的动态类型是Circle*pr的动态类型是Rectangle*。而对于ps来说,他在当前根本不具备动态类型,因为它(目前)还没有引用任何对象呢。

动态类型,顾名思义,在程序运行时可能会有所改变,通常是通过赋值操作发生: 

ps = pc;                           // ps动态类型变为Circle*

ps = pr;                           // ps动态类型变为Rectangle*

虚函数是动态绑定的,这就意味着,对于一个特定的函数调用,其调用对象的动态类型将决定调用这一函数的哪个版本: 

pc->draw(Shape::Red);              // 调用 Circle::draw(Shape::Red)

pr->draw(Shape::Red);              // 调用 Rectangle::draw(Shape::Red)

我知道这些都是老生常谈了,你当然已经对虚函数有了透彻的理解。只有在虚函数包含默认参数值时,情况才有所不同。这是因为(如上文所述),虚函数是动态绑定的,但是默认参数是静态绑定的。这也就意味着对于一个虚函数,你可能会调用它在派生类中的定义,而默认参数值则采用基类中的值: 

pr->draw();                   // 调用 Rectangle::draw(Shape::Red)!

这种情况下,由于pr的动态类型是Rectangle*,于是此处便调用了虚函数drawRectangle版本,正如你所愿。在Rectangle::draw中,默认参数值是Green。然而,因为pr的静态类型是Shape*,这里的draw调用将采用Shape类中的默认参数值,而不是Rectangle!最终,在Shape类和Rectangle类之间,对于draw的调用必将出现混乱的无法预知的现象。

虽然pspcpr是指针,但是并不影响上文的结论。如果它们是引用的话,问题同样存在。这里只有一个重点:draw是虚函数,他的一个默认参数值在派生类中被重定义了。

是什么让C++在处理这一问题时如此不合常理? 答案是:运行时效率。如果默认参数值是动态绑定的话,那么编译器必须提供一整套方案,为运行时的虚函数参数确定恰当的默认值。而这样做,比起C++当前使用的编译时决定机制而言,将会更复杂、更慢。鱼和熊掌不可兼得,C++将设计的中心倾向了速度和简洁,你在享受效率的快感的同时,如果你忽略本条目的建议,你就会陷入困惑。

一切看上去似乎尽善尽美了,但是一旦你不假思索的遵守本条建议,为基类和派生类分别提供默认参数值的话,看看将会发生什么: 

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;

  ...

};

 吁……恼人的重复代码。还有更糟的:这些重复代码彼此还有依赖:如果Shape中的默认参数值改变了的话,那么所有的派生类中相应的值都必须改变。否则这些函数仍将改变继承来的默认参数值。那么怎么办呢?

遇到麻烦了?虚函数无法按照你预想的方式运行?这时候明智的做法是:考虑一个替代的设计方案,条目35中介绍了几种虚函数的替代方案。其中一种是非虚拟接口惯用法方案(NVI惯用法):在基类中用一个公有的非虚函数调用一个私有的虚函数,并在派生类中重定义这一虚函数。在这里,我们将默认参数置于非虚函数中,让虚函数做具体的工作。

class Shape {

public:

  enum ShapeColor { Red, Green, Blue };

 

  void draw(ShapeColor color = Red) const

  {                                // 现在draw是非虚函数

doDraw(color);                 // 调用一个虚函数

  }

 ... 

private:

  virtual void doDraw(ShapeColor color) const = 0;

                                   // 这个函数做真正的工作

};

 

class Rectangle: public Shape {

public:

  ...

private:
  virtual void doDraw(ShapeColor color) const; 

                                   //此处不需要默认参数值
  ...

};

 由于在派生类中不能对非虚函数进行重载(参见条目36),因此,显然地,这一设计方案使得draw函数中color参数的默认值永远为Red


时刻牢记

避免在对函数中继承得来的默认参数值进行重定义,这是因为默认参数值是静态绑定的,而虚函数(派生类中唯一的一系列可以重定义的函数)是动态绑定的。

posted on 2012-05-20 11:21 ★ROY★ 阅读(1916) 评论(0)  编辑 收藏 引用 所属分类: Effective C++


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