Язык программирования C++. Пятое издание - Стенли Липпман

• При преобразовании производного в базовый член класса может быть недоступен из за спецификатора управления доступом. Доступность рассматривается в разделе 15.5.

Хотя автоматическое преобразование применимо только к указателям и ссылкам, большинство классов в иерархии наследования (явно или неявно) определяют функции-члены управления копированием (см. главу 13). В результате зачастую вполне можно копировать, перемещать и присваивать объекты производного типа объектам базового. Однако копирование, перемещение или присвоение объекта производного типа объекту базового копирует, перемещает или присваивает только члены части базового класса объекта.

Упражнения раздела 15.2.3

Упражнение 15.8. Определите статический и динамический типы.

Упражнение 15.9. Когда может возникнуть отличие статического типа выражения от его динамического типа? Приведите три примера, в которых статический и динамический типы отличаются.

Упражнение 15.10. Возвращаясь к обсуждению в разделе 8.1, объясните, как работает программа из раздела 8.2.1, где функции read() класса Sales_data передавался объект ifstream.

15.3. Виртуальные функции

Как уже упоминалось, в языке С++ динамическое связывание происходит при вызове виртуальной функции-члена через ссылку или указатель на тип базового класса (см. раздел 15.1). Поскольку до времени выполнения неизвестно, какая версия функции вызывается, виртуальные функции следует определять всегда. Обычно, если функция не используется, ее определение предоставлять необязательно (см. раздел 6.1.2). Однако следует определить каждую виртуальную функцию, независимо от того, будет ли она использована, поскольку у компилятора нет никакого способа определить, используется ли виртуальная функция.

Вызовы виртуальной функции могут быть распознаны во время выполнения

Когда виртуальная функция вызывается через ссылку или указатель, компилятор создает код распознавания во время выполнения (decide at run time) вызываемой функции. Вызывается та функция, которая соответствует динамическому типу объекта, связанного с этим указателем или ссылкой.

В качестве примера рассмотрим функцию print_total() из раздела 15.1. Она вызывает функцию net_price() своего параметра item типа Quote&. Поскольку параметр item — это ссылка и функция net_price() является виртуальной, какая именно из ее версий будет вызвана во время выполнения, зависит от фактического (динамического) типа аргумента, связанного с параметром item:

Quote base("0-201-82470-1", 50);

print_total(cout, base, 10);   // вызов Quote::net_price()

Bulk_quote derived("0-201-82470-1", 50, 5, .19);

print_total(cout, derived, 10); // вызов Bulk_quote::net_price()

В первом вызове параметр item связан с объектом типа Quote. В результате, когда функция print_total() вызовет функцию net_price(), выполнится ее версия, определенная в классе Quote. Во втором вызове параметр item связан с объектом класса Bulk_quote. В этом вызове функция print_total() вызывает версию функции net_price() класса Bulk_quote.

Крайне важно понимать, что динамическое связывание происходит только при вызове виртуальной функции через указатель или ссылку.

base = derived;     // копирует часть Quote производного в базовый

base.net_price(20); // вызов Quote::net_price()

Когда происходит вызов виртуальной функции в выражении с обычным типом (не ссылкой и не указателем), такой вызов привязывается во время компиляции. Например, когда происходит вызов функции net_price() объекта base, нет никаких вопросов о выполняемой версии. Можно изменить значение (т.е. содержимое) объекта, который представляет base, но нет никакого способа изменить тип этого объекта. Следовательно, этот вызов распознается во время компиляции как версия Quote::net_price().

Ключевая концепция. Полиморфизм в языке С++

Одной из ключевых концепций ООП является полиморфизм (polymorphism). В переводе с греческого языка "полиморфизм" означает множество форм. Связанные наследованием типы считаются полиморфными, поскольку вполне можно использовать многообразие форм этих типов, игнорируя различия между ними. Краеугольным камнем поддержки полиморфизма в языке С++ является тот факт, что статические и динамические типы ссылок и указателей могут отличаться.

Когда при помощи ссылки или указателя на базовый класс происходит вызов функции, определенной в базовом классе, точный тип объекта, для которого будет выполняться функция, неизвестен. Это может быть объект базового класса, а может быть и производного. Если вызываемая функция не виртуальна, независимо от фактического типа объекта, выполнена будет та версия функции, которая определена в базовом классе. Если функция виртуальна, решение о фактически выполняемой версии функции откладывается до времени выполнения. Она определяется на основании типа объекта, с которым связана ссылка или указатель.

С другой стороны, вызовы невиртуальных функций связываются во время компиляции. Точно так же вызовы любой функции (виртуальной или нет) для объекта связываются во время компиляции. Тип объекта фиксирован и неизменен — никак нельзя заставить динамический тип объекта отличаться от его статического типа. Поэтому вызовы для объекта связываются во время компиляции с версией, определенной типом объекта.

Виртуальные функции распознаются во время выполнения, только если вызов осуществляется через ссылку или указатель. Только в этих случаях динамический тип объекта может отличаться от его статического типа.

Виртуальные функции в производном классе

При переопределении виртуальной функции производный класс может, но не обязан, повторить ключевое слово virtual. Как только функция объявляется виртуальной, она остается виртуальной во всех производных классах.

У функции производного класса, переопределяющей унаследованную виртуальную функцию, должны быть точно такие же типы параметров, как и у функции базового класса, которую она переопределяет.

За одним исключением тип возвращаемого значения виртуальной функции в производном классе также должен соответствовать типу возвращаемого значения функции в базовом классе. Исключение относится к виртуальным функциям, возвращающим ссылку (или указатель) на тип, который сам связан наследованием. Таким образом, если тип D происходит от типа В, то виртуальная функция базового класса может возвратить указатель на тип B*, а ее версия в производном классе может возвратить указатель на тип D*. Но такие типы возвращаемого значения требуют, чтобы преобразование производного класса в базовый из типа D в тип В было доступно. Доступность базового класса рассматривается в разделе 15.5. Пример такого вида виртуальной функции рассматривается в разделе 15.8.1.

Функция, являющаяся виртуальной в базовом классе, неявно остается виртуальной в его производных классах. Когда производный класс переопределяет виртуальную функцию, ее параметры в базовом и производных классах должны точно совпадать.

Спецификаторы final и override

Как будет продемонстрировано в разделе 15.6, производный класс вполне может определить функцию с тем же именем, что и виртуальная функция в его базовом классе, но с другим списком параметров. Компилятор полагает, что такая функция независима от функции базового класса. В таких случаях версия в производном классе не переопределяет версию в базовом. На практике такие объявления зачастую являются ошибкой — автор класса намеревался переопределить виртуальную функцию базового класса, но сделал ошибку в определении списка параметров.

Поиск таких ошибок может быть на удивление трудным. По новому стандарту можно задать переопределение виртуальной функции в производном классе. Это дает ясно понять наше намерение и (что еще более важно) позволяет компилятору самому находить такие проблемы. Компилятор отвергнет программу, если функция, отмеченная как override, не переопределит существующую виртуальную функцию:

struct В {

 virtual void f1(int) const;

 virtual void f2();

 void f3();

};

struct D1 : B {

 void f1(int) const override; // ok: f1() соответствует f1() базового

 void f2(int) override;       // ошибка: В не имеет функции f2(int)

 void f3() override;          // ошибка: f3() не виртуальная функция

 void f4() override;          // ошибка: В не имеет функции f4()