C++学习笔记----4.4 继承情况下的类作用域嵌套

2022-11-22 16:24:21

引言：

在继承情况下，派生类的作用域嵌套在基类作用域中：如果不能在派生类作用域中确定名字，就在外围基类作用域中查找该名字的定义。

正是这种类作用域的层次嵌套使我们能够直接访问基类的成员,就好像这些成员是派生类成员一样：

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Bulk_item bulk;
 
cout << bulk.book() << endl;

名字book的使用将这样确定[先派生->后基类]：

1)bulk是Bulk_item类对象，在Bulk_item类中查找，找不到名字book。

2)因为从Item_base派生Bulk_item，所以接着在Item_base类中查找，找到名字book，则引用成功的确定了。

一、名字查找在编译时发生

对象、引用或指针的静态类型决定了对象能够完成的行为。甚至当静态类型和动态类型可能不同的时候,就像使用基类类型的引用或指针时可能会发生的,静态类型仍然决定着可以使用什么成员：

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class Disc_item : public Item_base
{
public:
    std::pair<size_t,double> discount_policy() const
    {
        return std::make_pair(quantity,discount);
    }
 
    //other member as before...
};
</size_t,double>

只能通过Disc_item类型或Disc_item派生类型的对象、指针或引用访问discount_policy()：

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Bulk_item bulk;
Bulk_item *bulkP = &bulk;
Item_base *itemP = &bulk;
 
bulkP -> discount_policy(); //OK
itemP -> discount_policy(); //Error

通过itemP访问是错误的，因为基类类型的指针（引用或对象）只能访问对象的基类部分，而不能访问派生类部分，而在基类中又没有定义discount_policy()成员。

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//P498 习题15.21/22
class Item_base
{
public:
    Item_base(const std::string &book = "",
              double sales_price = 0.0):
        isbn(book),price(sales_price) {}
 
    std::string book() const
    {
        return isbn;
    }
 
    //只是返回总价格，不进行打折
    virtual double net_price(std::size_t n) const
    {
        return n * price;
    }
 
    virtual ~Item_base() {}
 
private:
    std::string isbn;
 
protected:
    double price;
};
 
class Disc_item : public Item_base
{
public:
    Disc_item(const std::string &book = "",
              double sales_price = 0.0,
              std::size_t qty = 0,
              double disc_rate = 0.0):
        Item_base(book,sales_price),quantity(qty),discount(disc_rate) {}
 
    //将函数设置为纯虚函数，以防止用户创建Disc_item对象
    double net_price(size_t) const = 0;
 
    std::pair<size_t,double> discount_policy() const
    {
        return std::make_pair(quantity,discount);
    }
 
protected:
    std::size_t quantity;   //可实行折扣的数量
    double discount;        //折扣率
};
 
//批量购买折扣类
class Bulk_item : public Disc_item
{
public:
    Bulk_item(const std::string &book = "",
              double sales_price = 0.0,
              std::size_t qty = 0,
              double disc_rate = 0.0):
        Disc_item(book,sales_price,qty,disc_rate) {}
 
    double net_price(std::size_t cnt) const
    {
        if (cnt >= quantity)
        {
            return cnt * (1 - discount) * price;
        }
        else
        {
            return cnt * price;
        }
    }
};
 
//有限折扣类
class Lds_item : public Disc_item
{
public:
    Lds_item(const std::string &book = "",
             double sales_price = 0.0,
             std::size_t qty = 0,
             double disc_rate = 0.0):
        Disc_item(book,sales_price,qty,disc_rate) {}
 
    double net_price(std::size_t cnt) const
    {
        if (cnt <= quantity)
        {
            return cnt * (1 - discount) * price;
        }
        else
        {
            return price * (cnt - quantity * discount);
        }
    }
};
</size_t,double>

二、名字冲突与继承

与基类成员同名的派生类成员将屏蔽对基类成员的直接访问：

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class Base
{
public:
    Base():mem(0){}
 
protected:
    int mem;
};
 
class Derived : public Base
{
public:
    Derived(int i):mem(i){}
    int get_mem() const
    {
        return mem; //Derived::mem
    }
 
private:
    int mem;    //将会屏蔽Base::mem
};

get_mem中对mem的引用被确定为Derive中的名字：

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Derived d(43);
cout << d.get_mem() << endl;    //output 43

可以使用作用域操作符访问被屏蔽的成员：

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class Derived : public Base
{
public:
    int get_mem() const
    {
        return Base::mem; //Derived::mem
    }
    //As before
};
 
//测试
    Derived d(43);
    cout << d.get_mem() << endl;    //output 0

作用域操作符指示编译器在Base中查找mem成员。

【最佳实践】

设计派生类时，只要可能，最好避免与基类成员的名字冲突！

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//P499 习题15.23
class Base
{
public:
    void foo(int);
 
protected:
    int bar;
    double foo_bar;
};
 
class Derived : public Base
{
public:
    void foo(string);
    bool bar(Base *pb);
    void foobar();
 
protected:
    string bar;
};
 
void Derived::foobar()
{
    bar = "1024";
}
 
bool Derived::bar(Derived *pb)
{
    return foo_bar == pb -> foo_bar;
}
 
int main()
{
    Derived d;
    d.foo("1024");
}
/*说明：可能是g++编译器对类型检查比较严格，这个程序在g++编译器上死活编译不过，
*因为在Derivd中的string bar处编译器提示说：与前面的声明冲突了！
*的确，在Derivd中，bar既有数据成员又有成员函数！！！
*/

三、作用域与成员函数

在基类和派生类中使用同一名字的成员函数，其行为与数据成员一样：在派生类作用域中派生类成员将屏蔽基类成员。即使函数原型不同，基类成员也会被屏蔽：

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struct Base
{
    int memfuc();
};
 
struct Derived : Base
{
    int memfuc(int);
};
 
int main()
{
    Derived d;
    Base b;
 
    b.memfuc();         //调用Base::memfuc()
    d.memfuc(10);       //调用Derived::memfuc()
    d.memfuc();         //Error
    d.Base::memfuc();//调用Base::memfuc()
}

Derived中的memfuc声明隐藏了Base中的声明。在确定下面一条语句时：

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d.memfuc();

编译器查找名字memfuc，并在Derived类中找到。一旦找到了名字，编译器要就不再继续查找了。

【小心地雷】

局部作用域中声明的函数不会重载全局作用域中定义的函数，同样，派生类中定义的函数也不会重载基类中定义的成员。通过派生类对象调用函数时，实参必须与派生类中定义的版本相匹配，只有在派生类中根本没有定义该函数时，才考虑基类函数。如：

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struct Base
{
    int memfuc();
};
 
struct Derived : Base
{
    int memfuc(int);
};
 
Derived d;
d.memfuc(); //Error

如果将Derived中的intmemfuc(int)注释掉，则：

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d.memfuc(); //OK

重载函数

像其他任意函数一样,成员函数(无论虚还是非虚)也可以重载。派生类可以重定义所继承的0个或多个版本。

[注意] 如果派生类重定义了重载成员，则通过派生类型只能访问派生类中重定义的那些成员！

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struct Derived : Base
{
    int memfuc();
    int memfuc(int);
    double memfuc(double);
};
 
int main()
{
    Derived d;
    d.memfuc();     //Derived::memfuc()
    d.memfuc(10);   //Derived::memfuc(int)
}

如果派生类想通过自身类型使用所有的重载版本,则派生类必须要么重定义所有重载版本,要么一个也不重定义。

有时类需要仅仅重定义一个重载版本，并且想要继承其他版本的含义,在这种情况下，派生类不用重定义所继承的每一个基类版本,它可以为重载成员提供using声明。一个using声明只能指定一个名字,不能指定形参表,因此：using声明会将该函数的所有重载实例加到派生类的作用域。将所有名字加入作用域之后,派生类只需要重定义本类型确实必须定义的那些函数,对其他版本可以使用继承的定义。

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struct Base
{
    int memfuc();
    int memfuc(int);
    int memfuc(double);
};
 
struct Derived : Base
{
    using Base::memfuc;
    int memfuc();   //重定义
};
 
int main()
{
    Derived d;
    d.memfuc();     //Derived::memfuc()
    d.memfuc(10);   //Base::memfuc(int)
}

四、虚函数与作用域

虚函数：如果基类成员与派生类成员接受的实参不同，就没有办法通过基类类型的引用或指针调用派生类函数：

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class Base
{
public:
    virtual int fcn();
};
 
class D1 : public Base
{
public:
    //该fcn屏蔽了Base类中的虚函数fun
    int fcn(int);
    /**此时有两个名为 fcn 的函数:
    *类从 Base 继承的一个名为 fcn 的虚函数
    *类定义的名为 fcn 的非虚成员函数,该函数接受一个 int 形参
    */
};
 
class D2 : public D1
{
public:
    /**重定义了它继承的两个函数:
    *1.重定义了 Base 中定义的 fcn 的原始版本
    *2.重定义了 D1 中定义的非虚版本。
    */
    int fcn();
    int fcn(int);
};

通过基类调用被屏蔽的虚函数

通过基类类型的引用或指针调用函数时，编译器将在基类中查找该函数而忽略派生类：

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Base bobj;
D1 d1obj;
D2 d2obj;
 
Base *bp1 = &bobj,*bp2 = &d1obj,*bp3 = &d2obj;
 
bp1 -> fcn();    //调用Base::fcn()
bp2 -> fcn();    //调用Base::fcn()
bp3 -> fcn();    //调用D2::fcn()

【关键概念：名字查找与继承】

理解 C++中继承层次的关键在于理解如何确定函数调用。确定函数调用遵循以下四个步骤：

1）首先确定进行函数调用的对象、引用或指针的静态类型

2）在该类中查找函数，如果找不到，就在直接基类中查找，如此循着类的继承链往上找，直到找到该函数或者查找完最后一个类。如果不能在类或其相关基类中找到该名字，则调用是错误的。

3）一旦找到了该名字,就进行常规类型检查,查看如果给定找到的定义,该函数调用是否合法。

4）假定函数调用合法,编译器就生成代码。如果函数是虚函数且通过引用或指针调用,则编译器生成代码以确定根据对象的动态类型运行哪个函数版本,否则,编译器生成代码直接调用函数。

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//P502 习题15.24
    Bulk_item bulk;
    Item_base item(bulk);
    Item_base *p = &bulk;
 
    /**由于net_price为虚函数
    *对虚函数而言，只能通过指针或引用进行动态绑定
    *而通过对象调用虚函数，所调用到的总是该对象所属类型中定义的函数
    */
    p -> net_price(10);  //调用Bulk_item版本的net_price
    item.net_price(10); //调用Item_base版本的net_price

 
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