Эффективное использование C++. 55 верных способов улучшить структуру и код ваших программ - Скотт Майерс

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.

• 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.

• 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