条款12：使用override关键字声明覆盖的函数

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2023-12-01

C++中的面向对象的变成都是围绕类，继承和虚函数进行的。其中最基础的一部分就是，派生类中的虚函数会覆盖掉基类中对应的虚函数。但是令人心痛的意识到虚函数重载是如此容易搞错。这部分的语言特性甚至看上去是按照墨菲准则设计的，它不需要被遵从，但是要被膜拜。

因为覆盖“overriding”听上去像重载“overloading”，但是它们完全没有关系，我们要有一个清晰地认识，虚函数（覆盖的函数）可以通过基类的接口来调用一个派生类的函数：

    class Base{
    public:
      virtual void doWork();                          // 基类的虚函数
      ...
    };

    class Derived: public Base{
    public:
      virtual void doWork();                         // 覆盖 Base::doWork
                                                     // ("virtual" 是可选的)
      ...
    };

    std::unique_ptr<Base> upb =                      // 产生一个指向派生类的基类指针
                                                     // 关于 std::make_unique 的信息参考条款21
      std::make_unique<Derived>();

    ...

    upb->doWork();                                   // 通过基类指针调用 doWork()，
                                                     // 派生类的对应函数别调用

如果要使用覆盖的函数，几个条件必须满足：

基类中的函数被声明为虚的。
基类中和派生出的函数必须是完全一样的（出了虚析构函数）。
基类中和派生出的函数的参数类型必须完全一样。
基类中和派生出的函数的常量特性必须完全一样。
基类中和派生出的函数的返回值类型和异常声明必须使兼容的。

以上的约束仅仅是C++98中要求的部分，C++11有增加了一条：

函数的引用修饰符必须完全一样。成员函数的引用修饰符是很少被提及的C++11的特性，所以你之前没有听说过也不要惊奇。这些修饰符使得将这些函数只能被左值或者右值使用成为可能。成员函数不需要声明为虚就可以使用它们：

  class Widget{
  public:
    ...
    void doWork() &;                               // 只有当 *this 为左值时
                                                   // 这个版本的 doWorkd()
                                                   // 函数被调用

    void doWork() &&;                              // 只有当 *this 为右值
                                                   // 这个版本的 doWork()
                                                   // 函数被调用
  };
  ...
  Widget makeWidget();                             // 工厂函数，返回右值

  Widget w;                                        // 正常的对象（左值）

  ...

  w.doWork();                                      // 为左值调用 Widget::doWork() 
                                                   //（即 Widget::doWork &）

  makeWidget().doWork();                           // 为右值调用 Widget::doWork() 
                                                   //（即 Widget::doWork &&）

稍后我们会更多介绍带有引用修饰符的成员函数的情况，但是现在，我们只是简单的提到：如果一个虚函数在基类中有一个引用修饰符，派生类中对应的那个也必须要有完全一样的引用修饰符。如果不完全一样，派生类中的声明的那个函数也会存在，但是它不会覆盖基类中的任何东西。

对覆盖函数的这些要求意味着，一个小的错误会产生一个很大不同的结果。在覆盖函数中出现的错误通常还是合法的，但是它导致的结果并不是你想要的。所以当你犯了某些错误的时候，你并不能依赖于编译器对你的通知。例如，下面的代码是完全合法的，乍一看，看上去也是合理的，但是它不包含任何虚覆盖函数——没有一个派生类的函数绑定到基类的对应函数上。你能找到每种情况里面的问题所在吗？即为什么派生类中的函数没有覆盖基类中同名的函数。

    class Base {
    public:
      virtual void mf1() const;
      virtual void mf2(int x);
      virtual void mf3() &;
      void mf4() const;
    };

    class Derived: public Base {
     public:
       virtual void mf1();
       virtual void mf2(unsigned int x);
       virtual void mf3() &&;
       void mf4() const;
    };

需要什么帮助吗？

mf1在Base中声明常成员函数，但是在Derived中没有
mf2在Base中以int为参数，但是在Derived中以unsigned int为参数
mf3在Base中有左值修饰符，但是在Derived中是右值修饰符
mf4没有继承Base中的虚函数

你可能会想，“在实际中，这些代码都会触发编译警告，因此我不需要过度忧虑。”也许的确是这样，但是也有可能不是这样。经过我的检查，发现在两个编译器上，上边的代码被全然接受而没有发出任何警告，在这两个编译器上所有警告是都会被输出的。（其他的编译器输出了这些问题的警告信息，但是输出的信息也不全。）

因为声明派生类的覆盖函数是如此重要，有如此容易出错，所以C++11给你提供了一种可以显式的声明一个派生类的函数是要覆盖对应的基类的函数的：声明它为override。把这个规则应用到上面的代码得到下面样子的派生类：

    class Derived: public Base {
    public:
      virtual void mf1() override;
      virtual void mf2(unsigned int x) override;
      virtual void mf3() && override;
      virtual void mf4() const override;
    };

这当然是无法通过编译的，因为当你用这种方式写代码的时候，编译器会把覆盖函数所有的问题揭露出来。这正是你想要的，所以你应该把所有覆盖函数声明为override。

使用override，同时又能通过编译的代码如下（假设目的就是Derived类中的所有函数都要覆盖Base对应的虚函数）：

    class Base {
    public:
      virtual void mf1() const;
      virtual void mf2(int x);
      virtual void mf3() &;
      virtual void mf4() const;
    };

    class Derived: public Base {
    public:
      virtual void mf1() const override;
      virtual void mf2(int x) override;
      virtual void mf3() & override;
      void mf4() const override;                 // 加上"virtual"也可以
                                                 // 但是不是必须的
    };

注意在这个例子中，代码能正常工作的一个基础就是声明mf4为Base类中的虚函数。绝大部分关于覆盖函数的错误发生在派生类中，但是也有可能在基类中有不正确的代码。

对于派生类中覆盖体都声明为override不仅仅可以让编译器在应该要去覆盖基类中函数而没有去覆盖的时候可以警告你。它还可以帮助你预估一下更改基类里的虚函数的标识符可能会引起的后果。如果在派生类中到处使用了override，你可以改一下基类中的虚函数的名字，看看这个举动会造成多少损害（即，有多少派生类无法通过编译），然后决定是否可以为了这个改动而承受它带来的问题。如果没有override，你会希望此处有一个无所不包的测试单元，因为，正如我们看到的，派生类中那些原本被认为要覆盖基类函数的部分，不会也不需要引发编译器的诊断信息。