Effective C++条款33:避免遮掩继承而来的名称(Avoid hiding inherited names)


《Effective C++》是一本轻薄短小的高密度的“专家经验积累”。本系列就是对Effective C++进行通读:

第6章:继承与面向对象设计

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条款33:避免遮掩继承而来的名称

1、同名全局变量在局部作用域中被隐藏

  名称其实和继承无关,而是和作用域(scopes)有关。如下面这段代码:

int x; //全局变量
 
void someFunc()
{
    
    
    double x; //局部变量
    std::cin >> x; //局部变量赋值
}

  当全局和局部存在相同的变量时,在局部作用域中,全局作用域的变量名会被隐藏,优先使用局部的变量。
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  C++的名称遮掩规则所做的唯一事情是:遮掩名称。至于名称是否是同一类型,并不重要。

2、继承中的隐藏

  现在进入继承。我们知道当我们处在一个派生类成员函数内部时,并且指向了一些基类的东西(例如,一个成员函数,一个typedef或者一个数据成员),编译器能够找到我们所指向的东西,因为派生类继承了声明在基类中的这些东西。实际的工作方式是派生类的作用域被嵌套在基类作用域内部。举个例子:

class Base
{
    
    
private:
    int x;
public:
    virtual void mf1() = 0;
    virtual void mf2();
    void mf3();
    ...
};
 
class Derived :public Base
{
    
    
public:
    virtual void mf1(); //重写(覆盖)
    void mf4();
    ...
};

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  这个类混合了public和private名称,以及一组成员变量和成员函数的名称。成员函数包括纯虚函数,普通虚函数(非纯虚函数)以及非虚函数。在这次的讨论中我们唯一关心的是他们是名称。至于他们是什么样的类型无关紧要。这个例子使用的是单继承,但是一旦你明白了在单继承下会发生什么,多继承下的C++行为很容易就能够预推测出来。

假设派生类中的mf4定义如下:

void Derived::mf4()
{
    
    
	...
	mf2();
	...
}

  当编译器看到这里使用了名字mf2,它们必须理解mf2指向的是什么。它们会在作用域中寻找名字为mf2的一个声明。

  在Derived的fm4()函数中调用了fm2()函数,对于fm2()函数的查找顺序如下:

  • ① 先在fm4()函数中查找,如果没有进行②
  • ② 然后在Derived类中查找,如果没有进行③
  • ③ 然后在基类Base中查找(查找到了就调用基类中的Base)
  • ④ 假设在Base中还没有查找到,那么就在Base所在的namespace中查找;如果还有没继续在全局作用域查找

3、进一步论证——继承中的函数的隐藏

  考虑前面的例子,这次我们除了要重载mf1和mf3之外,还在Derived中添加一个mf3版本。(正如条款36中解释的,Derived中mf3的声明——一个继承而来的非virtual函数——会让这个设计看起来很可疑,但是为了理解继承下的名字可见性,我们忽略这个问题。)

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(); //基类中的所有mf1()都被隐藏
    void mf3();         //基类中的所有fm3()都被隐藏
    void mf4();
    ...
};

现在使用下面代码进行调用:

Derived d;
int x;
... 
d.mf1();  //正确
d.mf1(x); //错误,被隐藏了
d.mf2();  //正确
d.mf3();  //正确
d.mf3(x); //错误,被隐藏了

  可以看到,对于有相同名字的基类和派生类中的函数,即使参数类型不同,上面的隐藏规则也同样适用,并且它和函数的虚与非虚没有关系。在这个条款开始也是同样的方式,函数someFunc中的double x隐藏了全局作用域的int x,在这里Derived中的函数mf3隐藏了基类中名字为mf3的函数,即使参数类型不一样。

4、如何将隐藏的行为进行覆盖

4.1 通过using声明增加对基类成员函数的使用

  有时隐藏可能会违反基类与派生类之间的is-a关系。因此我们可以使用using声明表达式取消这种隐藏,在派生类中导入基类的函数行为。如下面例子:

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:
    using Base::mf1; //Base所有版本的mf1函数在派生类作用域都可见
    using Base::mf3; //Base所有版本的mf3函数在派生类作用域都可见
 
    virtual void mf1(); //重写mf1()函数
    void mf3();         //隐藏了mf1(),但是mf3(double)没有隐藏
    void mf4();
    ...
};

现在有下面的调用代码:

Derived d;
int x;
 
d.mf1();  //正确,调用Derived::mf1()
d.mf1(x); //正确,调用Base::mf1(int)
 
d.mf2();  //正确,调用Derived::mf2()
 
d.mf3();  //正确,调用Derived::mf3()
d.mf3(x); //正确,调用Base::mf3(double)

  如果你的继承基类并加上重载函数,你想对其中的一些函数进行重新定义或者覆盖,你需要为每个即将被隐藏掉的名字包含一个using声明,如果你不这样做,你想继承的一些名字就会被隐藏。

4.2 使用forwarding函数

  有时候你并不想继承基类的所有函数。在public继承下,这绝对不可能发生,因为它违反了基类和派生类之间public继承的”is-a”关系。(这也是为什么上面的using声明放在派生类的public部分:基类中的public名字在public继承的派生类中应该也是public的)。然而在private继承中(见条款39),它也是有意义的。举个例子,假设Derived私有继承自基类Base,Derived类想继承基类函数mf1的唯一版本是不带参数的版本。Using声明在这里就不工作了,因为一个using声明会使得所有继承而来的函数的名字在派生类中是可见的。这里可以使用不同的技术,也就是简单的forwarding函数:

class Base {
    
    
public:
	virtual void mf1() = 0;
	virtual void mf1(int);
	...
};
class Derived: private Base {
    
    
public:
	virtual void mf1() 
	{
    
     Base::mf1(); } 
	...
}; 
...

用下面代码进行调用:

Derived d;
int x;
d.mf1(); // fine, calls Derived::mf1
d.mf1(x); // error! Base::mf1() is hidden

  inline转交函数的另一个用途是为那些不支持using声明式(注:这并非正确行为)的老旧编译器另开了一条新路,将继承而得的名称汇入派生类作用域内。

  当继承同模板结合起来的时候,一个完全不同的“继承而来的名字被隐藏”问题就会出现,详情见 条款43

5、牢记

  • derived classes内的名称会隐藏base classes内的名称。在public继承下从来没有人希望如此。

  • 为了让被隐藏的名称再见天日,可使用using声明式或转交函数

总结

期待大家和我交流,留言或者私信,一起学习,一起进步!

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