Effective C++：条款34：区分接口继承和实现继承

2023-12-31 09:32:10

（一）

class Shape { 
public: 
    virtual void draw() const = 0; 
    virtual void error(const string& msg); 
    int objectID() const; 
}; 
class Rectangle : public Shape {...}; 
class Ellipse : public Shape {...};

公有继承的概念看似简单，似乎很轻易就浮出水面，然而仔细审度之后，我们会发现公有继承的概念实际上包含两个相互独立的部分：函数接口的继承和函数实现的继承。二者之间的差别恰与函数声明和函数实现之间相异之处等价。成员函数的接口总是被继承，因为public继承意味is-a。

pure virtual 函数两个突出特征：（1）必须被任何“继承了它们”的具象class重新声明；（2）它们在抽象class中通常没有定义。

（二）

声明一个pure virtual函数的目的是为了让derived class只继承函数接口。我可以为它提供一份实现代码，但调用它的唯一途径是“调用时明确指出期class的名称”。

Sharp* ps1 = new Rectangle;
ps1->draw();
Sharp* ps2 = new Rectangle;
ps2->draw();
ps1->Shape::draw();//调用Shape的draw
ps2->Shape::draw();

（三）

声明impure virtual函数的目的，是让derived classes继承该函数的接口和缺省实现。

允许impure virtual函数同时指定函数声明和函数缺省行为，却有可能造成危险。

class Airport {...}; 
class Airplane { 
public: 
    virtual void fly(const Airport& destination); 
};
void Airplane::fly(const Airport& destination) { 
    //缺省代码，将飞机飞至指定目的地 
} 
class ModelA : public Airplane {...};
class ModelB : public Airplane {...};
class ModelC : public Airplane {
...//未声明fly函数，但它并不希望缺省飞行
};
Airport PDX(...); 
Airplane* pa = new ModelC; 
... 
pa->fly(PDX);  //未说出“我要的情况下就继承了该缺省行为，酿成大灾难”

这个程序试图用ModelA和ModelB的飞行方式来飞ModelC。
问题不在Airplane::fly()有缺省行为，而在于ModelC在未明白说出“我要”的情况下就继承了该缺省行为。我们可以做到“提供缺省实现给derived classes，但除非它们明确要求，否则免谈”。

解决办法（1）：此间伎俩在于切断“virtual 函数接口”和其“缺省实现”之间的连接。下面是一种做法：

class Airplane { 
public: 
    virtual void fly(const Airport& destination) = 0; 
    ... 
protected: 
    void defaultFly(const Airport& destination); 
}; 
void Airplane::defaultFly(const Airport& destination) { 
    //缺省行为，将飞机飞至目的地 
}

fly已被改成为一个pure virtual函数，只提供飞行接口。缺省行为以defaultFly出现在Airplane class中。若想使用缺省实现（例如ModelA和ModelB），可以在fly中对defaultFly做一个inline调用：

class ModelA: public Airplane { 
public: 
    virtual void fly(const Airport& destination) { 
        defaultFly(destination); 
    } 
    ... 
}; 
class ModelB: public Airplane { 
public: 
    virtual void fly(const Airport& destination) { 
        defaultFly(destination); 
    } 
    ... 
};

现在ModelC不可能意外继承不正确的fly实现代码了，因为Airplane中的pure virtual函数迫使ModelC必须提供自己的fly版本：

class ModelC: public Airplane { 
public: 
    virtual void fly(const Airport& destination); 
    ... 
}; 
void ModelC::fly(const Airport& destination) { 
    //将C型飞机飞至指定的目的地 
}

像这样的话，这个方案并非安全无虞，程序员还是可能因为剪贴（copy-and-paste）代码而招来麻烦，但它比原来的设计值得依赖。
有些人反对以不同的函数分别提供接口和缺省实现，向上述的fly和defaultFly那样。
所以我们想出了下面这种解决办法：

解决办法（2）：

我们可以利用“pure virtual函数必须在derived class中重新声明，但它们可以拥有自己的实现”这一事实。下面是Airplane继承体系如何给pure virtual函数一份定义：

class Airplane { 
public: 
    virtual void fly(const Airport& destination) = 0; 
    ... 
}; 
void Airplane::fly(const Airport& destination) // pure virtual 函数实现 { 
    //缺省行为，将飞机飞至指定目的地 
} 
class ModelA: public Airplane { 
public: 
    virtual void fly(const Airport& destination) { 
        Airplane::fly(destination); 
    } 
}; 
class ModelB: public Airplane { 
public: 
    virtual void fly(const Airport& destination) { 
        Airplane::fly(destination); 
    } 
}; 
class ModelC: public Airplane { 
public: 
    virtual void fly(const Airport& destination) 
    ... 
}; 
void ModelC::fly(const Airport& destination) { 
    // 将C型飞机飞至指定目的地 
}

（四）
如果成员函数是个non-virtual函数，意味着它并不打算在derived classes中有不同的行为。non-virtual 成员函数所表现的不变性凌驾其特异性，无论derived class变得多么特异化，它的行为都不可以改变。

声明non-virtual函数的目的是为了令derived class继承函数的接口及一份强制性实现。

class Shape { 
public: 
    ...
    int objectID() const; 
};

来看Shape::objectID的声明：可以想做是“每个Shape对象都有一个用来产生对象识别码的函数：此识别码总是采用相同计算方法，该方法由Shape::objectID的定义式决定，任何derived class都不应该尝试改变其行为”。

请记住：

1．接口继承＆实现继承不同。在public继承之下，derived classes总是继承base class的接口。

2． Pure virtual函数只具体指定接口继承。

3． Impure virtual函数具体指定接口继承及缺省实现继承。

4． non-virtual函数具体指定接口继承以及强制性实现继承。

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Effective C++：条款34：区分接口继承和实现继承

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