Стенли Липпман - Язык программирования C++. Пятое издание

Одной из ключевых концепций ООП является полиморфизм (polymorphism). В переводе с греческого языка "полиморфизм" означает множество форм. Связанные наследованием типы считаются полиморфными, поскольку вполне можно использовать многообразие форм этих типов, игнорируя различия между ними. Краеугольным камнем поддержки полиморфизма в языке С++ является тот факт, что статические и динамические типы ссылок и указателей могут отличаться.

Когда при помощи ссылки или указателя на базовый класс происходит вызов функции, определенной в базовом классе, точный тип объекта, для которого будет выполняться функция, неизвестен. Это может быть объект базового класса, а может быть и производного. Если вызываемая функция не виртуальна, независимо от фактического типа объекта, выполнена будет та версия функции, которая определена в базовом классе. Если функция виртуальна, решение о фактически выполняемой версии функции откладывается до времени выполнения. Она определяется на основании типа объекта, с которым связана ссылка или указатель.

С другой стороны, вызовы невиртуальных функций связываются во время компиляции. Точно так же вызовы любой функции (виртуальной или нет) для объекта связываются во время компиляции. Тип объекта фиксирован и неизменен — никак нельзя заставить динамический тип объекта отличаться от его статического типа. Поэтому вызовы для объекта связываются во время компиляции с версией, определенной типом объекта.

Виртуальные функции распознаются во время выполнения, только если вызов осуществляется через ссылку или указатель. Только в этих случаях динамический тип объекта может отличаться от его статического типа.

При переопределении виртуальной функции производный класс может, но не обязан, повторить ключевое слово virtual. Как только функция объявляется виртуальной, она остается виртуальной во всех производных классах.

У функции производного класса, переопределяющей унаследованную виртуальную функцию, должны быть точно такие же типы параметров, как и у функции базового класса, которую она переопределяет.

За одним исключением тип возвращаемого значения виртуальной функции в производном классе также должен соответствовать типу возвращаемого значения функции в базовом классе. Исключение относится к виртуальным функциям, возвращающим ссылку (или указатель) на тип, который сам связан наследованием. Таким образом, если тип Dпроисходит от типа В, то виртуальная функция базового класса может возвратить указатель на тип B*, а ее версия в производном классе может возвратить указатель на тип D*. Но такие типы возвращаемого значения требуют, чтобы преобразование производного класса в базовый из типа Dв тип Вбыло доступно. Доступность базового класса рассматривается в разделе 15.5. Пример такого вида виртуальной функции рассматривается в разделе 15.8.1.

Функция, являющаяся виртуальной в базовом классе, неявно остается виртуальной в его производных классах. Когда производный класс переопределяет виртуальную функцию, ее параметры в базовом и производных классах должны точно совпадать.

Как будет продемонстрировано в разделе 15.6, производный класс вполне может определить функцию с тем же именем, что и виртуальная функция в его базовом классе, но с другим списком параметров. Компилятор полагает, что такая функция независима от функции базового класса. В таких случаях версия в производном классе не переопределяет версию в базовом. На практике такие объявления зачастую являются ошибкой — автор класса намеревался переопределить виртуальную функцию базового класса, но сделал ошибку в определении списка параметров.

Поиск таких ошибок может быть на удивление трудным. По новому стандарту можно задать переопределение виртуальной функции в производном классе. Это дает ясно понять наше намерение и (что еще более важно) позволяет компилятору самому находить такие проблемы. Компилятор отвергнет программу, если функция, отмеченная как override, не переопределит существующую виртуальную функцию:

struct В {

virtual void f1(int) const;

virtual void f2();

void f3();

};

struct D1 : B {

void f1(int) const override; // ok: f1() соответствует f1() базового

void f2(int) override; // ошибка: В не имеет функции f2(int)

void f3() override; // ошибка: f3() не виртуальная функция

void f4() override; // ошибка: В не имеет функции f4()

};

В структуре D1спецификатор overrideдля функции f1()вполне подходит; и базовые, и производные версии функции-члена f1()константы, они получают тип intи возвращают void. Версия f1()в структуре D1правильно переопределяет виртуальную функцию, которую она унаследовала от структуры B.

Объявление функции f2()в структуре D1не соответствует объявлению функции f2()в структуре B— она не получает никаких аргументов, а определенная в структуре D1получает аргумент типа int. Поскольку объявления не совпадают, функция f2()в структуре D1не переопределяет функцию f2()структуры В; это новая функция со случайно совпавшим именем. Как уже упоминалось, это объявление должно было быть переопределено, но этого не произошло и компилятор сообщил об ошибке.

Поскольку переопределена может быть только виртуальная функция, компилятор отвергнет также функцию f3()в структуре D1. Эта функция не виртуальна в структуре В, поэтому нечего и переопределять.

Точно так же ошибочна и функция f4(), поскольку в структуре В даже нет такой функции.

Функцию можно также определить как final. Любая попытка переопределения функции, которая была определена со спецификатором final, будет помечена как ошибка:

struct D2 : В {

// наследует f2() и f3() из В и переопределяет f1(int)

void f1(int) const final; // последующие классы не могут

// переопределять f1(int)

};

struct D3 : D2 {

void f2(); // ok: переопределение f2() унаследованной от косвенно

// базовой структуры В

void f1(int) const; // ошибка: D2 объявила f2() как final

};

Спецификаторы finalи overrideрасполагаются после списка параметров (включая квалификаторы ссылки или const) и после замыкающего типа (см. раздел 6.3.3).