C++覆蓋和遮蔽
時間：2019-03-13 來源：華清遠見
多態(tài)函數(shù)是指在運行期才將函數(shù)入口地址與函數(shù)名綁定的函數(shù)，僅有虛函數(shù)才是多態(tài)。但是除了虛函數(shù)以外，重載和遮蔽同樣具有函數(shù)名相同的特征，在此做一下區(qū)分。為了說明方便，我們引入函數(shù)簽名這一概念。函數(shù)簽名包括函數(shù)名和函數(shù)參數(shù)的個數(shù)、順序以及參數(shù)數(shù)據(jù)類型。
例1：
void f()
void g()
void f(int)
例2：
void f(int)
void f(double)
例3：
void f(double, int)
void f(int, double)
為了理解函數(shù)簽名的含義，我們先來看一下上面的三個例子。例1中函數(shù)f()和函數(shù)g()函數(shù)名不同，因此這兩個函數(shù)的函數(shù)簽名不同，f()函數(shù)和f(int)函數(shù)一個有參數(shù)，一個沒有參數(shù)，函數(shù)簽名同樣不同，g()函數(shù)和f(int)函數(shù)函數(shù)名不同并且函數(shù)參數(shù)個數(shù)也不同，因此這兩個函數(shù)的函數(shù)簽名也是不相同的。例2中兩個函數(shù)函數(shù)名相同，函數(shù)參數(shù)個數(shù)相同，但是函數(shù)參數(shù)的類型不同，因此這兩個函數(shù)的函數(shù)簽名也不是相同的。例3中的兩個函數(shù)，函數(shù)名相同，函數(shù)參數(shù)個數(shù)相同，函數(shù)參數(shù)類型也是相同的，都是一個double類型和一個int類型的，只不過函數(shù)參數(shù)的順序是不相同，如此一來這兩個函數(shù)的函數(shù)簽名同樣是不相同的。
需要注意的是函數(shù)簽名并不包含函數(shù)返回值部分，如果兩個函數(shù)僅僅只有函數(shù)返回值不同，那么系統(tǒng)是無法區(qū)分這兩個函數(shù)的，此時編譯器會提示語法錯誤。
例4：
int f(int, double)
void f(int, double)
在本例中，兩個函數(shù)的函數(shù)名相同，函數(shù)參數(shù)個數(shù)相同，函數(shù)參數(shù)類型相同，函數(shù)參數(shù)順序相同，如此一來兩個函數(shù)的函數(shù)簽名是相同的。但是這兩個函數(shù)的返回值不同，僅憑函數(shù)返回值，編譯器無法區(qū)分這兩個函數(shù)，編譯器提示語法錯誤。
了解了函數(shù)簽名的含義之后我們再來看一下重載、覆蓋和遮蔽。
1) 重載
函數(shù)重載是指兩個函數(shù)具有相同的函數(shù)名，但是函數(shù)參數(shù)個數(shù)或參數(shù)類型不同。函數(shù)重載多發(fā)生在頂層函數(shù)之間或者同一個類中，函數(shù)重載不需要構成繼承關系。(函數(shù)返回值不同不能構成函數(shù)重載)
例5：
class base
{
public :
base();
base(inta);
base(inta, int b);
base(base &);
int fun(int a);
int fun(double a);
int fun(int a, int b);
private:
int x;
int y;
};
int g(int a);
int g(double a);
int g(int a, int b);
在本例中，我們列出了幾種函數(shù)重載的情形。首先是函數(shù)的構造函數(shù)重載，我們在類中聲明了四個構造函數(shù)，這四個函數(shù)構成重載的關系，前面三個函數(shù)之間只是函數(shù)參數(shù)數(shù)目不同，第四個構造函數(shù)為拷貝構造函數(shù)，該函數(shù)與前面的默認構造函數(shù)和兩個帶參構造函數(shù)參數(shù)類型不同。類中的成員函數(shù)同樣可以進行重載，如本例中base類的三個fun函數(shù)。這兩種情況是類內(nèi)部的函數(shù)重載，在類外部頂層函數(shù)也同樣能夠成函數(shù)重載關系，如本例中的g函數(shù)，這三個函數(shù)都是頂層函數(shù)，由于函數(shù)名相同，但是函數(shù)參數(shù)不同，構成函數(shù)重載關系。
函數(shù)重載是編譯期綁定，它并不是多態(tài)。 （類似于多態(tài)的表現(xiàn)形式，又有所不同）
2) 覆蓋（重寫override）
覆蓋構成條件和多態(tài)構成條件是相同的，覆蓋是一種函數(shù)間的表現(xiàn)關系，而多態(tài)描述的是函數(shù)的一種性質(zhì)，二者所描述的其實是同一種語法現(xiàn)象。
覆蓋首先要求有繼承關系，其次是要求構成繼承關系的兩個類中必須具有相同函數(shù)名的成員函數(shù)，并且這兩個成員函數(shù)必須是虛成員函數(shù)，具備這兩個條件后，派生類中的虛成員函數(shù)則會覆蓋基類中的同名的虛成員函數(shù)。如果我們通過基類指針或引用來調(diào)用虛成員函數(shù)，則會形成多態(tài)。
例6：
#include <iostream>
using namespace std;
class base
{
public :
virtual void vir1(){}
virtual void vir2(){}
//virtual ~base();
};
class derived : public base
{
public:
void vir1(){}
void vir2(){}
};
int main()
{
base *p = new derived;
p->vir1();
p->vir2();
delete p;
return 0;
}
本例是一個非常簡單的多態(tài)的示例程序，base類和derived類構成繼承關系，在這兩個類中成員函數(shù)vir1和vir2同名，并且這兩個同名函數(shù)都被聲明為了虛函數(shù)。如此一來則構成了函數(shù)覆蓋，派生類中的vir1函數(shù)覆蓋了基類中的vir1函數(shù)，派生類中的vir2函數(shù)覆蓋了基類中的vir2函數(shù)。在主函數(shù)中通過基類指針調(diào)用vir1和vir2虛函數(shù)，構成多態(tài)，這兩個函數(shù)的運行為運行期綁定。
函數(shù)覆蓋屬于運行期綁定，但是要注意如果函數(shù)不是虛函數(shù)，則無論采用什么方法調(diào)用函數(shù)均為編譯期綁定。如果我們將例6中的基類中的兩個virtual關鍵字去掉，則主函數(shù)中調(diào)用vir1和vir2函數(shù)屬于編譯期綁定，無論p指向的是派生類對象或者是基類對象，執(zhí)行的都將會是基類的vir1和vir2函數(shù)。
3) 遮蔽
函數(shù)遮蔽同樣要求構成繼承關系，構成繼承關系的兩個類中具有相同函數(shù)名的函數(shù)，如果這兩個函數(shù)不夠成覆蓋關系，則就構成了遮蔽關系。遮蔽理解起來很簡單，只要派生類與基類中具有相同函數(shù)名（注意不是相同函數(shù)名，只需要相同函數(shù)名就可以了）并且不構成覆蓋關系即為遮蔽。
遮蔽可以分為兩種情況，一種是非虛函數(shù)之間，另一種則是虛函數(shù)之間。我們通過程序示例來分別介紹這兩種遮蔽情況。
例7：
#include<iostream>
using namespace std;
class base
{
public:
void vir1(){cout << "base vir1" << endl;}
void vir2(){cout << "base vir2" << endl;}
};
class derived : public base
{
public:
void vir1(){cout << "derived vir1" << endl;}
void vir2(int){cout << "derived vir2" << endl;}
};
int main()
{
base* p = new derived; // 自由存儲區(qū)分配
p->vir1();
p->vir2();
delete p;
derived d; // 棧分配
d.vir1();
d.vir2(5);
d.base::vir1();
d.base::vir2();
return 0;
}
在本例中沒有虛函數(shù)，base類和derived類構成繼承關系，因為構成繼承關系的兩個類中有同名函數(shù)，因此構成了函數(shù)遮蔽。派生類中的vir1函數(shù)遮蔽了基類中的vir1函數(shù)，派生類中的vir2函數(shù)遮蔽了基類中的vir1函數(shù)。需要注意的是雖然派生類中的vir2函數(shù)和基類中的vir2函數(shù)的函數(shù)簽名不同，但是只需要函數(shù)名相同就構成函數(shù)遮蔽。我們接著來分析一下主函數(shù)，主函數(shù)中我們先是定義了基類類型的指針，指針指向的是派生類對象，然后通過指針調(diào)用函數(shù)vir1和vir2，這個時候因為并不構成多態(tài)，因此調(diào)用的還是基類的vir1和vir2函數(shù)。之后定義了一個派生類對象d，通過該對象調(diào)用vir1和vir2函數(shù)，因為派生類中的vir1和vir2遮蔽了基類中的vir1和vir2函數(shù)，因此直接調(diào)用的將會是派生類中的vir1和vir2函數(shù)。如果需要通過派生類對象調(diào)用被遮蔽的基類中的函數(shù)，則需要通過域解析操作符來處理，在本例的最后d.base::vir1();和d.base::vir2()就是這么做的。這個程序的最終運行結果如下：
base vir1
base vir2
derived vir1
derived vir2
base vir1
base vir2
如果構成繼承關系的兩個類中包含同名的虛函數(shù)，則情況非常復雜，當然要判斷還是非常簡單，還是那個原則：如果沒有構成覆蓋則為遮蔽。覆蓋要求的是函數(shù)簽名相同，而遮蔽只需要函數(shù)名相同。
例8：
#include<iostream>
using namespace std;
class base
{
public :
virtual void vir1(){cout << "base vir1" <<endl;}
virtual void vir2(){cout << "base vir2" <<endl;}
};
class derived : public base
{
public:
virtual void vir1(){cout << "derived vir1" << endl;}
virtual void vir2(int){cout << "derived vir2" << endl;}
};
int main()
{
base *p;
p = new derived;
p->vir1(); // 多態(tài)
p->vir2(); // 常規(guī)調(diào)用
delete p;
derived d;
d.vir1(); // 常規(guī)調(diào)用
d.vir2(5); // 常規(guī)調(diào)用
d.base::vir1();
d.base::vir2();
return 0;
}
在這個程序中，定義了兩個類，base類和derived類，這兩個類構成繼承關系，派生類和基類中包含同名的函數(shù)，并且同名的函數(shù)均為虛函數(shù)。針對這兩個同名函數(shù)，我們一個一個來分析一下，首先來看一下vir1，基類和派生類中的vir1函數(shù)的函數(shù)簽名是相同的，而且又是虛函數(shù)，構成了函數(shù)覆蓋關系。再來看一下vir2函數(shù)，基類中的vir2函數(shù)和派生類中的vir2函數(shù)函數(shù)名相同，但函數(shù)參數(shù)不同，則它們的函數(shù)簽名不同，因此派生類中的vir2函數(shù)和基類中的vir1函數(shù)不構成函數(shù)覆蓋，既然函數(shù)名相同，那么可以構成函數(shù)遮蔽。
接著我們同樣來看一下主函數(shù)，在主函數(shù)中，我們定義了一個基類類型的指針，指針指向派生類對象，之后通過該指針分別調(diào)用vir1和vir2函數(shù)。由于vir1是構成函數(shù)覆蓋，因此通過基類指針調(diào)用vir1構成多態(tài)，由于p指針指向的是派生類對象，故調(diào)用的vir1函數(shù)是派生類中的vir1函數(shù)。派生類中的vir2函數(shù)和基類中的vir2函數(shù)只構成函數(shù)遮蔽，因此通過基類類型指針調(diào)用vir2函數(shù)并不會形成多態(tài)，最終調(diào)用的是基類中的vir2函數(shù)。之后定義了派生類對象d，通過派生類對象d調(diào)用的函數(shù)只能是派生類中的函數(shù)，當然也包括從基類中繼承來的函數(shù)。d.vir1()和d.vir2(5)這兩個函數(shù)調(diào)用語句調(diào)用的都是派生類中新增的成員函數(shù)，派生類中的vir1函數(shù)雖然和基類中的vir1函數(shù)構成覆蓋關系，但是由于沒有通過基類指針或引用來調(diào)用，因此也沒有構成多態(tài)，如此一來，如果需要通過對象來調(diào)用從基類中繼承過來的vir1函數(shù)，同樣是需要域解析操作符。派生類中的vir2函數(shù)和基類中vir2函數(shù)構成遮蔽，因此通過對象和成員選擇符調(diào)用的仍是派生類中新增的vir2函數(shù)，如果想調(diào)用基類中的vir2函數(shù)，則需要通過域解析操作符。例8程序運行結果如下：
derived vir1
base vir2
derived vir1
derived vir2
base vir1
base vir2
以上總結了函數(shù)名相同的所有情況，函數(shù)名相同利用的好可以為程序設計帶來較大的便利，使用的不好則容易誤導程序設計人員。一般來講，函數(shù)名相同通常會用在以下幾種情況中：
頂層函數(shù)的函數(shù)重載。對于程序設計人員而言，實現(xiàn)功能相同但所處理數(shù)據(jù)類型不同的函數(shù)時，采用函數(shù)重載的方式將會帶來極大的方便。例如設計一個求絕對值函數(shù)，針對整型和double類型各設及一個abs函數(shù)，調(diào)用時而無需關注參數(shù)類型，這樣的設計是很方便的。
類中的成員函數(shù)的重載，這種函數(shù)重載和頂層函數(shù)重載同樣能給我們的程序帶來方便。
類中的構造函數(shù)重載，設計多個構造函數(shù)，用于不同的初始化對象方式。
在繼承層次中為了使用多態(tài)特性而采用相同函數(shù)簽名。
除此之外函數(shù)名相同還會導致繼承層次中的函數(shù)遮蔽，而函數(shù)遮蔽這一特性通常會使得程序難以理解，因此建議謹慎使用函數(shù)遮蔽機制。
