C++学习笔记----4.4 继承情况下的类作用域嵌套
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：
|
1
2
3
|
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：
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
|
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()：
|
1
2
3
4
5
6
|
Bulk_item bulk;Bulk_item *bulkP = &bulk;Item_base *itemP = &bulk;bulkP -> discount_policy(); //OKitemP -> 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。
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
|
//P498 习题15.21/22class 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：
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
|
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：
|
1
2
|
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：
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
|
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！
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
|
//P499 习题15.23class 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：
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
|
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：
|
1
|
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：
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
|
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：
|
1
|
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！
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
|
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。
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
|
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：
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
|
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：
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
|
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。
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
|
//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
|
