【effective c++】条款三十四：区分接口继承和实现继承

文章目录

• 《Effective C++》条款34：区分接口继承与实现继承
• • 公有继承的本质
  • 三种成员函数的对比
  • 深入理解三种函数的设计意图
  • • 1. 纯虚函数：强制实现契约
    • 2. 虚函数：提供缺省实现与风险
    • 3. 非虚函数：强制不变性
  • 常见设计错误与准则
  • 总结

请记住： 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。 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。 4.- non-virtual 函数具体指定接口继承以及强制性实现继承

《Effective C++》条款34：区分接口继承与实现继承

公有继承的本质

公有继承（public inheritance）实质上是两种继承的复合体：函数接口的继承和函数实现的继承。而如何混合搭配这两种继承，就体现在你为基类成员函数所选择的类型上。

三种成员函数的对比

深入理解三种函数的设计意图

1. 纯虚函数：强制实现契约

纯虚函数通过 = 0 的语法，明确告诉派生类的设计者：“你必须支持这个操作，但我无法提供通用实现”。这最适合定义一种"契约"或"能力"。

代码示例：

class Shape {
public:
virtual void draw() const = 0; // 纯虚函数: 所有图形都必须能被绘制
virtual ~Shape() = default;
};

Shape::draw() 是纯虚函数，因为画一个圆形和画一个矩形的算法完全不同，基类 Shape 无法给出有意义的默认实现。任何从 Shape 派生的具体类（如 Circle，Rectangle），如果不实现 draw()，自己也会成为抽象类，无法实例化。这就从语法层面保证了接口的一致性。

一个重要的技巧：纯虚函数可以有实现！ 你可以为纯虚函数提供定义，但调用它必须使用完全限定名（如 shapePtr->Shape::draw()）。这通常用于提供一些公共基础功能，但即便如此，派生类也必须重写该函数。

2. 虚函数：提供缺省实现与风险

虚函数则在强制接口之外，提供了一份"保底"的缺省实现。它说：“你最好自定义这个行为，但如果你不自定义，可以用我这个默认的”。

代码示例：

// 初始设计: 存在风险
class Airplane {
public:
virtual void fly(const Airport& destination) {
// 默认的飞行逻辑…
}
};

class ModelA : public Airplane { ... }; // 使用默认fly
class ModelB : public Airplane { ... }; // 使用默认fly

这个设计的风险在于，如果新加入的 ModelC 有特殊的飞行方式，但程序员忘记重写 fly 函数，那么 ModelC 的飞机就会错误地使用默认飞行模式，可能导致严重问题。

更安全的设计：接口与默认实现分离

为了解决这个问题，条款推荐了两种方法：

将默认实现分离为独立的保护函数：

class Airplane {
public:
virtual void fly(const Airport& destination) = 0; // 纯虚接口
protected:
void defaultFly(const Airport& destination); // 独立的默认实现
};

class ModelA : public Airplane {
public:
virtual void fly(const Airport& destination) override {
defaultFly(destination); // 显式申请使用默认实现
}
};

利用纯虚函数本身提供默认实现：

class Airplane {
public:
virtual void fly(const Airport& destination) = 0;
};

// 为纯虚函数提供实现
void Airplane::fly(const Airport& destination) { /* 默认实现 */ }

class ModelA : public Airplane {
public:
virtual void fly(const Airport& destination) override {
Airplane::fly(destination); // 显式调用基类的纯虚函数实现
}
};

这两种方法的核心思想都是：切断"继承接口"和"继承缺省实现"的自动关联，要求派生类显式地表明意图。这样，如果 ModelC 不重写 fly，就会因为基类是抽象类而无法编译，错误在编译期就被发现。

3. 非虚函数：强制不变性

非虚函数代表的意义是"不变性凌驾于特异性之上"。它表示这个行为是基类认定的、所有派生类都不应该改变的核心特性。

代码示例：

class Shape {
public:
int objectID() const { ... } // 非虚函数
};

对于 objectID() 这样的函数，其计算对象ID的方式应该是全局统一的，不应该因为对象是矩形或圆形而改变。如果派生类重定义非虚函数（这本身是允许的，但会遮蔽基类函数），通常意味着设计出了问题，应该重新审视这个函数是否真的应该是非虚函数。

常见设计错误与准则

理解了这三种函数的区别，就能避免两个常见的设计错误：

关于虚函数的性能，有一个 80-20法则：一个程序80%的时间往往运行在20%的代码上。因此，只要将虚函数用在真正需要多态的地方，它们带来的运行时开销通常是可接受的。

总结

记住条款34的精髓在于培养一种精确的设计意识：

• 使用纯虚函数 来定义强制性的接口契约。
• 使用虚函数 来提供可选的缺省实现，但最好通过接口与实现分离的技术来避免潜在风险。
• 使用非虚函数 来规定强制性的不变实现。