Эффективное использование C++. 55 верных способов улучшить структуру и код ваших программ - Скотт Майерс
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
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;
...
};
class Circle: public Shape {
public:
virtual void draw(ShapeColor color) const;
...
};
Графически это можно представить так:
Теперь рассмотрим следующие указатели:
Shape *ps; // статический тип – Shape*
Shape *pc = new Circle; // статический тип – Shape*
Shape *pr = new Rectangle; // статический тип – Shape*
В этом примере ps, pc и pr объявлены как указатели на Shape, так что для всех них он и будет выступать в роли статического типа. Отметим, что не совершенно безразлично, на что они указывают в действительности, – независимо от этого они имеют статический тип Shape*.
Динамический тип объекта определяется типом того объекта, на который он ссылается в данный момент. Иными словами, динамический тип определяет поведение объекта. В приведенном выше примере динамический тип pc – это Circle*, а динамический тип pr – Recangle*. Что касается ps, то он не имеет динамического типа, потому что не указывает ни на какой объект (пока).
Динамические типы, как следует из их названия, могут изменяться в процессе работы программы, обычно вследствие присваивания:
ps = pc; // динамический тип ps теперь Circle*
ps = pr; // динамический тип ps теперь Rectangle*
Виртуальные функции связываются динамически, то есть динамический тип вызывающего объекта определяет, какая конкретная функция вызывается:
pc->draw(Shape::Red); // вызывается Circle::draw(Shape::Red)
pr->draw(Shape::Red); // вызывается Rectangle::draw(Shape::Red)
Я знаю, что все это давно известно, и вы, несомненно, разбираетесь в виртуальных функциях. Самое интересное начинается, когда мы подходим к виртуальным функциям с аргументами, принимающими значения по умолчанию, поскольку, как я уже сказал, виртуальные функции связываются динамически, а аргументы по умолчанию – статически. Следовательно, вы можете прийти к тому, что будете вызывать виртуальную функцию, определенную в производном классе, но при этом использовать аргументы по умолчанию, заданные в базовом классе:
pr->draw(); // вызывается Rectangle::draw(Shape::Red)!
В этом случае динамический тип pr – это Rectangle*, поэтому, как вы и ожидали, вызывается виртуальная функция класса Rectangle. Для функции Rectangle::draw значение аргумента по умолчанию – Green. Но поскольку статический тип pr – Shape*, то значения аргумента по умолчанию берутся из класса Shape, а не Rectangle! В результате получаем вызов, состоящий из странной, совершенно неожиданной комбинации объявлений draw из классов Shape и Rectangle.
Тот факт, что ps, pc и pr являются указателями, не играет никакой роли. Будь они ссылками, результат остался бы таким же. Важно лишь, что draw – виртуальная функция, и значение по умолчанию одного из ее аргументов переопределено в производном классе.
Почему C++ настаивает на таком диковинном поведении? Ответ на этот вопрос связан с эффективностью исполнения программы. Если бы значения аргументов по умолчанию связывались динамически, то компилятору пришлось бы найти способ во время исполнения определять, какое значение по умолчанию должно быть у параметра виртуальной функции, что медленнее и технически сложнее нынешнего механизма. Решение было принято в пользу скорости и простоты реализации, в результате чего вы можете пользоваться преимуществами эффективного выполнения кода программы. Но если не последуете совету, изложенному в настоящем правиле, то программа будет вести себя нелогично.
Все это прекрасно, но посмотрите, что получится, если, пытаясь следовать этому правилу, вы включите аргументы со значениями по умолчанию в функцию-член, объявленную и в базовом, и в производном классах:
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;
...
};
Гм, дублирование кода! Хуже того: дублирование кода с зависимостями: если значение аргумента по умолчанию изменится в Shape, придется изменить его и во всех производных классах. В противном случае дело закончится переопределением наследуемого значения по умолчанию. Что делать?
Когда у вас возникает проблема с тем, чтобы заставить виртуальную функцию вести себя так, как вы хотите, то благоразумнее рассмотреть альтернативные решения, и в правиле 35 таких альтернатив приведено немало. Одна из них – идиома невиртуального интерфейса (NVI): определить в базовом классе открытую невиртуальную функцию, которая вызывает закрытую виртуальную функцию, переопределяемую в подклассах. В данном случае можно предложить невиртуальную функцию с аргументом по умолчанию и виртуальную функцию, которая выполняет всю реальную работу:
class Shape {
public:
enum ShapeColor( Red, Green, Blue };
void draw(ShapeColor color = Red) const // теперь – невиртуальная
{
doDraw(color); // вызов виртуальной функции
}
...
private:
virtual void doDraw(ShapeColor color) const = 0; // реальная работа
}; // выполняется
// в этой функции
class Rectangle: public Shape {
public:
...
private:
virtual void doDraw(ShapeColor color) const // обратите внимание
... // на отсутствие у аргумента
}; // значения по умолчанию
Поскольку невиртуальные функции никогда не должны переопределяться в производных классах (см. правило 36), то ясно, что при таком подходе значение по умолчанию для параметра color функции draw всегда будет Red.
Что следует помнить• Никогда не переопределяйте наследуемые значения аргументов по умолчанию, потому что аргументы по умолчанию связываются статически, тогда как виртуальные функции – а только их и можно переопределять, – динамически.
Правило 38: Моделируйте отношение «содержит» или «реализуется посредством» с помощью композиции
Композиция – это отношение между типами, которое возникает тогда, когда объект одного типа содержит в себе объекты других типов. Например:
class Address {...}; // адрес проживания
