Item 33: 避免覆盖（hiding）“通过继承得到的名字”

作者：Scott Meyers

译者：fatalerror99 (iTePub's Nirvana)

发布：http://blog.csdn.net/fatalerror99/

莎士比亚有一个关于名字的说法。"What's in a name?" 他问道，"A rose by any other name would smell as sweet."（语出《罗密欧与朱丽叶》第二幕第二场，朱生豪先生译为：“姓名本来是没有意义的；我们叫做玫瑰的这一种花，要是换了个名字，他的香味还是同样的芬芳。”梁实秋先生译为：“姓算什么？我们所谓有玫瑰，换个名字，还是一样的香。”——译者注）。莎翁也写过 "he that filches from me my good name ... makes me poor indeed."（语出《奥塞罗》第三幕第三场，朱生豪先生译为：“可是谁偷去了我的名誉，那么他虽然并不因此而富足，我却因为失去它而成为赤贫了。”梁实秋先生译为：“但是他若夺去我的名誉，于他不见有利，对我却是一件损失哩。”——译者注）。好吧，在 C++ 中，我们该用哪种态度对待通过继承得到的名字呢？

事情的实质与继承没什么关系。它与作用域有关。我们都知道它在代码中是这样的，

int x;                        // global variable
void someFunc()
{
  double x;                   // local variable
  std::cin >> x;              // read a new value for local x
}

读入 x 的语句指涉 local 变量 x，而不是 global 变量 x，因为内层作用域的名字覆盖（“遮蔽”）外层作用域的名字。我们可以像这样形象地表示作用域的状况：

当编译器在 someFunc 的作用域中遇到名字 x 时，他们巡视 local 作用域看看是否有什么东西叫这个名字。因为那里有，它们就不再检查其它作用域。在此例中，someFunc 的 x 类型为 double，而 global x 类型为 int，但这不要紧。C++ 的 name-hiding 规则仅仅是覆盖那个名字。而相对应的名字的类型是否相同是无关紧要的。在此例中，一个名为 x 的 double 覆盖了一个名为 x 的 int。

加入 inheritance 以后。我们知道当我们在一个 derived class member function 内指涉位于 base class 内的一件东西（例如，一个 member function，一个 typedef，或者一个 data member）时，编译器能够找到我们指涉的东西是因为 derived classes 继承到声明于 base classes 中的东西。实际中的运作方法是将 derived class 的作用域嵌套在 base class 作用域之中。例如：

class Base {
private:
  int x;
public:
  virtual void mf1() = 0;
  virtual void mf2();
  void mf3();
  ...
};
class Derived: public Base {
public:
  virtual void mf1();
  void mf4();
  ...
};

本例中包含的既有 public 名字也有 private 名字，既有 data members 也有 member functions。member functions 既有 pure virtual 的，也有 simple (impure) virtual 的，还有 non-virtual 的。那是为了强调我们谈论的事情是关于名字的。例子中还可以包括其它类型的名字，例如，enums，nested classes，和 typedefs。在这里的讨论中唯一重要的事情是“它们是名字”。与它们是什么东西的名字毫不相关。这个示例中使用了 single inheritance，但是一旦你理解了在 single inheritance 下会发生什么，C++ 在 multiple inheritance 下的行为就很容易预见了。

假设 mf4 在 derived class 中被实现，其中一部分，如下：

void Derived::mf4()
{
  ...
  mf2();
  ...
}

当编译器看到这里对名字 mf2 的使用，它就必须断定它指涉什么。它通过搜索名为 mf2 的某物的定义的作用域来做这件事。首先它在 local 作用域中搜索（也就是 mf4 的作用域），但是它没有找到被称为 mf2 的任何东西的声明。然后它搜索它的包含作用域，也就是 class Derived 的作用域。它依然没有找到叫做 mf2 的任何东西，所以它上移到它的上一层包含作用域，也就是 base class 的作用域。在那里它找到了名为 mf2 的东西，所以搜索停止。如果在 Base 中没有 mf2，搜索还会继续，首先是包含 Base 的 namespace(s)（如果有的话），最后是 global 作用域。

我刚刚描述的过程虽然是正确的，但它还不是一个关于 C++ 中名字如何被找到的完整的描述。无论如何，我们的目的不是为了充分了解关于写一个编译器时的名字搜索问题。而是为了充分了解如何避免令人吃惊的意外，而对于这个任务，我们已经有了大量的信息。

再次考虑前面的示例，而且这一次我们 overload mf1 和 mf3，并且为 Derived 增加一个 mf3 的版本。（就像 Item 36 解释的，Derived 对 mf3 ——一个通过继承得到的 non-virtual function ——的重载，使得这个设计立即变得可疑，但是出于对 inheritance 之下名字可见性问题的关心，我们就装作没看见。）

class Base {
private:
  int x;
public:
  virtual void mf1() = 0;
  virtual void mf1(int);
  virtual void mf2();
  void mf3();
  void mf3(double);
  ...
};
class Derived: public Base {
public:
  virtual void mf1();
  void mf3();
  void mf4();
  ...
};

以上代码导致的行为会使每一个第一次遇到它的 C++ 程序员吃惊。基于作用域的名字覆盖规则（scope-based name hiding rule）不会有什么变化，所以 base class 中的所有名为 mf1 和 mf3 的函数被 derived class 中的名为 mf1 和 mf3 的函数覆盖。从名字搜索的观点看，Base::mf1 和 Base::mf3 不再被 Derived 继承！

Derived d;
int x;
...
d.mf1();                   // fine, calls Derived::mf1
d.mf1(x);                  // error! Derived::mf1 hides Base::mf1
d.mf2();                   // fine, calls Base::mf2
d.mf3();                   // fine, calls Derived::mf3
d.mf3(x);                  // error! Derived::mf3 hides Base::mf3

就像你看到的，即使 base 和 derived classes 中的函数具有不同的参数类型，它也同样适用，而且不管函数是 virtual 还是 non-virtual，它也同样适用。与“在本 Item 的开始处，函数 someFunc 中的 double x 覆盖了 global 作用域中的 int x”的道理相同，这里 Derived 中的函数 mf3 覆盖了具有不同类型的名为 mf3 的一个 Base 函数。

这一行为背后的根本原因是为了防止“当你在一个 library 或者 application framework 中创建一个新的 derived class 时，偶然地发生从遥远的 base classes 继承 overloads 的情况”。不幸的是，一般情况下你是需要继承这些 overloads 的。实际上，如果你使用了 public inheritance 而又没有继承这些 overloads，你就违反了 Item 32 讲解的“base 和 derived classes 之间是 is-a 关系”这一 public inheritance 的基本原则。在这种情况下，你几乎总是要绕过 C++ 对“通过继承得到的名字”的缺省的覆盖机制。

你可以用 using declarations 做到这一点：

class Base {
private:
  int x;
public:
  virtual void mf1() = 0;
  virtual void mf1(int);
  virtual void mf2();
  void mf3();
  void mf3(double);
  ...
};
class Derived: public Base {
public:
  using Base::mf1;       // make all things in Base named mf1 and mf3
  using Base::mf3;       // visible (and public) in Derived's scope
  virtual void mf1();
  void mf3();
  void mf4();
  ...
};

现在 inheritance 就可以起到预期的作用：

Derived d;
int x;
...
d.mf1();                 // still fine, still calls Derived::mf1
d.mf1(x);                // now okay, calls Base::mf1
d.mf2();                 // still fine, still calls Base::mf2
d.mf3();                 // fine, calls Derived::mf3
d.mf3(x);                // now okay, calls Base::mf3

这意味着如果你从一个带有重载函数的 base class 继承，而且你只想重定义或替换它们中的一部分，你需要为每一个你不想覆盖的名字使用 using declaration。如果你不这样做，一些你希望继承下来的名字会被覆盖。

可以想象在某些时候你不希望从你的 base classes 继承所有的函数。在 public inheritance 中，这是绝不会发生的，这还是因为，它违反了 public inheritance 在 base 和 derived classes 之间的 is-a 关系。（这就是为什么上面的 using declarations 在 derived class 的 public 部分：在 base class 中是 public 的名字在公有继承的 derived class 中也应该是 public。）然而，在 private inheritance（参见 Item 39）中，它还是有意义的。例如，假设 Derived 从 Base 私有继承，而且 Derived 只想继承没有参数的那个 mf1 的版本。在这里，using declaration 没有这个本事，因为一个 using declaration 会使得所有具有给定名字的函数在 derived class 中可见。不，这里是使用了一种不同的技术的情形，即，一个简单的 forwarding function（转调函数）：

class Base {
public:
  virtual void mf1() = 0;
  virtual void mf1(int);
  ...                                    // as before
};
class Derived: private Base {
public:
  virtual void mf1()                   // forwarding function; implicitly
  { Base::mf1(); }                     // inline (see Item 30)
  ...
};
...
Derived d;
int x;
d.mf1();                               // fine, calls Derived::mf1
d.mf1(x);                              // error! Base::mf1() is hidden

forwarding function（转调函数）的另一个功效是用于老式的编译器，它们（不正确地）不支持用 using declarations 将“通过继承得到的名字”引入到 derived class 的作用域。

这就是关于 inheritance 和 name hiding 的全部故事，但是当 inheritance 与 templates 结合起来，“通过继承得到的名字被隐藏”的问题会以一种全然不同的形式呈现出来。关于全部 angle-bracket-demarcated（边边角角）的细节，参见 Item 43。

Things to Remember

• derived classes 中的名字覆盖 base classes 中的名字，在 public inheritance 中，这从来不是想要的。

• 为了使隐藏的名字重新可见，使用 using declarations 或者 forwarding functions（转调函数）。