6. 继承与面向对象设计（Inheritance and Object-Oriented Design）

条款32: 确定你的public 继承塑模出is-a 关系

本条款告诉读者一个非常基本的继承思想：”public 继承”意味is唱。适用于base classes 身上的每一件事情一定也适用于derived classes 身上，因为每一个derived class 对象也都是一个base class 对象，但反之不然。

条款33: 避免遮掩继承而来的名称

(1) derived classes 内的名称会遮掩base classes 内的名称。在public 继承下从来没有人希望如此。举例：

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class Base {
 private:
  int x;
 public:
  virtual void mfl() = 0;
  virtual void mfl(int);
  virtual void mf2();
  void mf3 ();
  void mf3(double);
};
class Derived: public Base {
 public:
  virtual void mfl();
  void mf3 ();
  void mf4 ();
  …
};

base class 内所有名为mfl 和mf3的函数都被derived class 内的mfl 和mf3函数遮掩掉了。从名称查找观点来看，Base: :mfl 和Base: :mf3 不再被Derived继承!

(2) 为了让被遮掩的名称再见天日，可使用using 声明式或转变函数( forwarding

functions) 。举例说明：

[1] 使用using声明式

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class Base {
 private:
  int x;
 public:
  virtual void mfl() = 0;
  virtual void mfl(int);
  virtual void mf2();
  void mf3 ();
}
void mf3(double); class Derived: public Base {
 public:
  using Base::mfl; //使用using 声明式
  using Base: :mf3; //使用using 声明式
  virtual void mfl();
  void mf3 ();
  void mf4();
}
Derived d;
int x;
d.mf1 () ; //仍调用Derived: :mfl
d.mf1 (x); //调用Base: :mfl
d.mf2 () ; //调用Base: :mf2
d.mf3 ();//调用Derived: :mf3
d.mf3 (x); //调用Base: :mf3

[2] 使用转变函数

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class Derived: private Base (
 public:
  virtual void mfl () //转变函数(forwading  function) ,
  { Base:: mfl ( );} //暗自成为inline
}

条款34: 区分接口继承和实现继承

本条款告诉程序员：

(1) 接口继承和实现继承不同。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。(要求继承者必须重新实现该接口)

(3) 简朴的(非纯) impure virtual 函数具体指定接口继承及缺省实现继承（继承者可自己实现该接口也可使用缺省实现）。

(4) non-virtual 函数具体指定接口继承以及强制性实现继承。（继承者必须使用该接口的实现）

举例：

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class Shape {
 public:
  virtual void draw( ) const = 0; //pure virtual 函数
  virtual void error(const std::string& msg); //简朴的(非纯) impure virtual 函数
  int objectID ( ) const;// non-virtual 函数
};
class Rectangle: public Shape { };
class Ellipse: public Shape { };

条款35: 考虑virtual函数以外的其他选择

本条款告诉程序员，当需要使用virtual 函数时，可以考虑其他选择。

Virtual函数的替代方案是：

(1) 使用non-virtual interface(NVI)手法。思想是：将virutal函数放在private中，而在public中使用一个non-virtual函数调用该virtual函数。优点是：用一个不能被子类重定义的函数，做一些预处理、后处理等，子类只需要在private中重新实现virtual函数即可。即：基类给出virtual函数的使用方法，而派生类给出virtual函数的使用方法。

举例：

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class GameCharacter {
 public:
  int healthValue() const{                // 1. 子类不能重定义
    ...                               // 2. preprocess
    int retVal = doHealthValue();     // 2. 真正的工作放到虚函数中
    ...                               // 2. postprocess
   return retVal;
  }
  ...
 private:
  virtual int doHealthValue() const {   // 3. 子类可重定义
    ...
   }
};

(2) 将virtual函数替换为“函数指针成员变量”（这是Strategy设计模式中的一种表现形式）。优点是对象实例和派生类对象，可使用各种实现，也可在运行时随意改；缺点是：该函数不能访问类中的私有成员

举例：

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class GameCharacter;
int defaultHealthCalc(const GameCharacter& gc); // default algorithm
class GameCharacter {
 public:
  typedef int (*HealthCalcFunc)(const GameCharacter&);
  explicit GameCharacter(HealthCalcFunc hcf = defaultHealthCalc)
  : healthFunc(hcf)
  {}
  int healthValue() const {
   return healthFunc(*this);
  }
  ...
 private:
  HealthCalcFunc healthFunc;
};

(3) 以tr1::function成员变量替换virtual函数，这允许使用任何可调用物搭配一个兼容于需求的签名式。这也是Strategy设计模式的某种形式。这种方式比上面的函数指针更灵活、限制更少：[1]返回值不一定是int，与其兼容即可; [2]可以是function对象; [3]可以是类的成员函数。

(4) 继承体系内的virtual函数替换为另一个继承体系内的virtual函数。这是Strategy设计模式的传统实现手法。这种方式最大的优点是：可以随时添加新的算法。举例：

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class GameCharacter;
class HealthCalcFunc {
 public:
  ...
  virtual int calc(const GameCharacter& gc) const
   { ... }
  ...
};
HealthCalcFunc defaultHealthCalc;
class GameCharacter {
 public:
  explicit GameCharacter(HealthCalcFunc *phcf = &defaultHealthCalc)
   : pHealthCalc(phcf)
    {}
  int healthValue() const {
   return pHealthCalc->calc(*this);
 }
  ...
private:
HealthCalcFunc *pHealthCalc;
};

条款36: 绝对不要重新定义继承而来的non-virtual函数

本条款告诫程序员：绝不要重新定义继承而来的non-virtual函数，因为这不仅容易造成错误，而且是一种自相矛盾的设计。 举例：

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class B{
 public:
  void func(){ cout<<“B”;}
};
class D:public B{
 public：
  void func() { cout<<“D”;}
};

下面是对B和D的使用：

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D dObject;
B* basePtr = &dObject;
D* dOjbectPtr = &dObject;

看下面这两种调用方式:

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basePtr->func();
dOjbectPtr->func();

你会发现打印结果为：

B

D

解释：在C++继承中，virtual函数是动态绑定的，调用的函数跟指针或者引用实际绑定的那个对象有关，而non-virtual函数是静态绑定的，调用的函数只跟声明的指针或者引用的类型相关。

此外，继承者自己重新实现了non-virtual函数的行为是自相矛盾的。Non-virtual函数是用于同时指定函数接口和函数实现的，既然你想只继承函数接口，就应该定义为non-virtual的。

条款37: 绝对不要重新定义继承而来的缺省参数值

该条款告诫程序员：绝对不要重新定义一个继承而来的缺省参数值,因为缺省参数值都是静态绑定,而virtual函数－你唯一应该覆写的东西－却是动态绑定。

举例：

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class Shape{
 public:
  enum Color{RED,GREEN,BLUE};
  virtual void draw(Color color = RED)const = 0;
  ...
};
class Circle:public Shape{
 public:
  //竟然改变缺省参数值
  virtual void draw(Color color = GREEN)const{ ... }
};
Shape* pc = new Circle;
pc->draw(); //注意调用的是: Circle::draw(RED)，也就是说，此处的draw函数是基类和派生类的“混合物”。

为什么缺省参数是静态绑定而不是动态绑定呢？主要原因是运行效率。如果是动态绑定，程序员使用起来很方便，但会降低运行效率，C++做了取舍，结果就是现在这样。

条款38:XXXXXXXXXXXXXXXXXXX

条款39:明智而审慎地使用private继承

（1）如果class之间的继承关系是private。编译器不会自动将一个derived class对象转化为一个base class对象。由private base class继承而来的所有成员，在derived class中都会变成private属性，纵使它们在base class中原来是protected或public属性。

（2）private继承意味is-implemented-in-terms-of，它的级别比组合低，当derived class需要protected base class或者需重新定义继承而来的virtual class时，设计才是合理的。

（3）与复合不同 ，private继承可以使empty base空间最优化。举例：

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class Empty{}; //empy class
clsss HoldsAnyInt{
 private:
  int x;
  Empty e;
};//这个的大小为>sizeof(int),Empty空对象需要安插一个char到空对象，并且有齐位需求。
class HoldsAnyInt::private Empty{
 private:
  int x;
}; //这个sizeof大小为sizeof（int）
补充：
class HoldsAnyInt::private Empty{
 private:
  int cal() = 0;
  int x;
}; //这个sizeof大小为8, 实际上为size(int) + sizeof(vptr)

条款40:明智而审慎地使用多重继承

(1) 多重继承比单一继承复杂。他可能导致新的歧义性，以及virtual继承的需要

(2) Virtual继承会增加大小、速度、初始化复杂度等等成本。如果virtual base classed不带任何数据，将是最具使用价值的情况。

(3) 多重继承最正当用途是：其中一个设计“public 继承某个interface class”和“priavte继承某个协助实现的class”的两相结合。

7. 模板与泛型编程（Templates and Generic Programming）

条款41:了解隐式接口和编译期多态

(1) class和templates都支持接口(interfaces)和多态(polymorphism)。

(2) 对classes而言接口是显式的(explicit),以函数签名为中心。多态则是通过virtual函数发生于运行期。

(3) 对template参数而言，接口是隐式的(implicit)，奠基于有效表达式；多态则是通过template具现化和函数重载解析(function overloading resolution)发生于编译期。

条款42:了解typename的双重定义

(1) 声明template参数时,前缀关键字class与typename可互换。

例如：

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template <class T> //or template <typename T>
void swap(T& obj1, T& obj2) {
  T temp(obj1);
  obj1 = obj2;
  obj2 = temp;
}

(2) 请使用关键字typename标识嵌套从属类型名称；但不得在base class lists(基类列)或member initailization list(成员初值表列)内以作为base class修饰符。

例如，你必须：

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tempalte <typename C>
void print2nd(const C& container)//打印容器内的第二元素
{
  if( containter.size() >= 2 ){
   typename C::const_iterator iter( containter.begin() );
   ++iter;
   int value = *iter;
   std::cout << value;
  }
}

解释：template内出现的名称如果相依于某个template参数，称之为从属名称；如果从属名称在class内呈嵌套状，称为嵌套从属名称。在上面的例子中，C::const_iterator就是嵌套从属名称。编译器并不知道 const_iterator是个类型，除非你告诉编译器，不然它以为这是C中的static成员变量或者是global变量。

但需要注意一下情况：

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template <typename T>
class Derived:public Base<T>::Nested{ //base class list中不允许出现"typename"
 public:
  explicit Dervied(int x) : Base<T>::Nested(x){ //成员初始化列表中不允许"typename"
  typename Base<T>::Nested temp; //既不在base class list也不在初始化列表中,作为一个base class修饰符需加上typename.
  ...
  }
  ...
};

条款43:学习处理模板化基类内的名称

本条款给出了以下问题的解决方案：当基类是模板化的类时，派生类应该怎样调用基类中的函数。

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template<typename Company>
class MsgSender{
 public:
  ...
  void sendClear(const MsgInfo& info){
   std::string msg;
   ...//根据info产生信息
   Company c;
   c.sendClearText(msg);
  }
  void sendSecret(const MsgInfo& info){...} //这里调用的是c.sendEncrypted.
};
template <typename Company>
class LoggingMsgSender:public MsgSender<Comany>{
 public:
  ...
  void sendClearMsg(const MsgInfo& info){ //为避免"名称遮掩"现象的发生,采用了一个不同的名称
   ...// record status information before sending message
   sendClear(info);
   ...//record status information after sending message.
  }
  ...
};

以上代码直接编译会报错：抛出了”sendClear不存在”的抱怨。解决方法有以下三个：

(1) 在base class函数调用动作之前加上”this->”：

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template <typename Company>
void LoggingMsgSender<Company>::sendClearMsg(const MsgInfo& info){
  ...
  this->sendClear(info); //ok
  ...
}

(2) 使用using声明式：

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template <typename Company>
class LoggingMsgSender:public MsgSender<Company>{
 public:
  //这里的情况不是base class名称被derived class名称遮掩,而是编译器不进入base base
  //作用域查找,于是我们通过using声明式告诉它,请它这么做
  using MsgSender<Company>::sendClear;//告诉编译器,请它假设sendClear位于base class内
  ...
  void sendClearMsg(const MsgInfo& info){
   ...
   sendClear(info);//ok
   ...
  }
};

(3) 明明白白指出被调用函数位于base class内:

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template <typename Company>
class LoggingMsgSender:public MsgSender<Company>{
 public:
  ...
  void sendClearMsg(const MsgInfo& info){
  ...
  MsgSender<Company>::sendClear(info); //ok
  ...
 }
 ...
};

条款44:将与参数无关的代码抽离template

(1) Templates生成多个classes和多个函数，所以任何template代码都不该与某个造成膨胀的template参数产生相依关系。

(2) 因非类型模板参数而造成的代码膨胀，往往可消除，做法是以函数参数或class成员变量替换template参数。

举个例子，假设现在你要为固定尺寸的矩阵编写一个template类,该类声明要支持矩阵的逆运算，可以采用下面代码：

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template <typename T, std::size_t n> //矩阵元素类型T，尺寸大小为n
class SquareMatrix{
 public:
   ...
   void invert(); //逆运算
};

这样定义，声明以下两个对象会产生不同的代码，造成代码膨胀：

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SquareMatrix<double,5> square1;
SquareMatrix<double,10> square2;

减小代码膨胀的方法是采用以下定义：

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template <typename T > //矩阵元素类型T
class SquareMatrix{
 public:
  ...
  void invert(std::size_t n); //把尺寸大小n作为参数
};

条款45：运用成员函数模板接受所有兼容类型

本条款告诉你，怎样编写成员函数模板。从下面例子说起：

怎样支持以下操作：

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template <typename T>
class SmartPtr{
 public:
  explicit SmartPtr(T* realPtr);//智能指针通常以原始指针完成初始化
  ...
};
SmartPtr<Top> top1_smart_ptr = SmartPtr<Middle>(new Middle);
SmartPtr<Top> top2_smart_ptr = SmartPtr<Bottom>(new Bottom);
SmartPtr<const Top> const_top2_ptr = top1_smart_ptr;

一个比较好的方案是：

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//根据SmartPtr<U>创建一个SmartPtr<T>，其中T是基类，U是T的派生类
template <typename T>
class SmartPtr{
 public:
  template <typename U>
  SmartPtr(const SmartPtr<U>& other) :held_ptr_( other.get() ){...} //这里就完成子类向父类的隐式转换过程.
  T* get()const{ return held_ptr_;}
  ...
 private:
  T* held_ptr_; //这是SmartPtr持有的内置指针.
};

上述中的SmartPtr构造函数便是成员函数模板（member function template），得出的结论是：

(1) 请使用member function template(成员函数模板)生成”可接受所有兼容类型”的函数。

(2) 如果你声明member template用于”泛化copy构造”或”泛化assignment操作”,你还需要声明正常copy构造函数和copy assignment操作符。（不然编译器会为你生成默认的copy构造函数和copy assignment操作符）

条款46：需要类型转换时请为模板定义非成员函数

本条款告诉程序员，当你需要进行类型转化时，为了避免麻烦，最好将模板定义为非成员函数（如friend函数）。

条款47: 请使用traits classes 表现类型信息

条款48: 认识template 元编程

8. 定制new和delete（Customizing new and delete）

条款49: 了解new-handler 的行为

(1) set_new_handler 允许客户指定一个函数，在内存分配无法获得满足时被调用。

(2) No-throw new 是一个颇为局限的工具，因为它只适用于内存分配;后继的构造函数调用还是可能抛出bad_alloc异常。

条款50: 了解new 和delete 的合理替换时机

有许多理由需要写个自定的口new 和delete ，包括改善效能、对heap 运用错误进

行调试、收集heap 使用信息。

条款51: 编写new和delete时需固守常规

operator new内应该有一个无穷循环，并在其中尝试分配内存，如果分配失败，就调用new handler。它也应该有能力处理0 bytes申请（对于标准库中的new操作符，当用户申请0bytes，会返回1bytes的空间）。class版本还需要处理“比正确大小更大的（错误）申请”。

需要注意的是，operator new成员函数会被derived classes继承，也就是说， base class的operator new可能被调用以分配derived class对象。因此 derived class的 operator new的代码建议：

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struct Base{
 static void* operator new(std::size_t size) throw( std::bad_alloc );
 ...
};
struct Derived:public Base{...};
Derived* p = new Derived;//call Base::operator new.
void* Base::operator new(std::size_t size) throw(std::bad_alloc)
{
  if( size != sizeof(Base) ){
  return ::operator new( size ); //call standard operator new version.
}
...
}

条款52: 写了placement new 也要写placement delete

1. 当你写一个placement new，请确定也写出对应的placement delete。如果没这样做，你的程序可能会出现微弱时断时续的内存泄漏；

2. 当你写placement new和placement delete时，请确定不要无意识的（非故意的）遮掩了全局范围默认的new/delete版本。

9. 杂项讨论（Miscellany）

条款53: 不要轻忽编译器的警告

条款54: 让自己熟悉包括TR1在内的标准程序库

本条款告诉程序员：

1.C++标准程序库的主要机能由STL、iostreams、locales组成，并包括C99标准程序库。

2.TR1添加了智能指针、一般化函数指针、hash-based容器、正则表达式，以及另外10个组件的支持。

3.TR1自身只是一个规范。为获得tr1提供的好处，你需要一份实物。一个好的实物来源是boost。

条款55: 让自己熟悉Boost

原创文章，转载请注明： 转载自董的博客

本文链接地址: http://dongxicheng.org/cpp/effective-cpp-part2/

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