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Item 37：绝不重新定义继承而来的缺省参数值

Item 37：Never redefine a function's inherited default parameter value

本条款的讨论局限于：继承一个带有缺省参数值的virtual函数。

本条款成立的理由是：virtual函数是动态绑定（dynamically bound），而缺省参数却是静态绑定（statically bound）。

静态绑定又名前期绑定，early binding；动态绑定又名后期绑定，late binding。

1. 静态类型和动态类型

对象的所谓静态类型（static type），就是它在程序中被声明时所采用的类型。
对象的所谓动态类型（dynamic type）是指"目前所指对象的类型"。也就是说，动态类型可以表现出一个对象将会有什么行为。

举个例子：

class Shape {
public:
    enum ShapeColor {Red, Green, Blue};
    //所有形状都必须提供一个函数，用来会出自己
    virtual void draw(ShapeColor color = Red) const = 0;
    ...
};

class Rectangle: public Shape{
public:
    //注意，赋予不同的缺省参数值。这真糟糕
    virtual void draw(ShapeColor color = Green) const;
    ...
};

class Circle: public Shape{
public:
    virtual void draw(ShapeColor color) const;
    ...
};

这个继承体系图如下：

继承关系

现在考虑这些指针：

Shape* ps;                     //静态类型为Shape*  
Shape* pc = new Circle;        //静态类型为Shape*
Shape* pr = new Rectangle;     //静态类型为Shape*

ps，pc和pr都被声明为pointer-to-Shape类型，所以它们都以Shape为静态类型。不论它们真正指向什么，它们的静态类型都是Shape*。
pc的动态类型是Circle，pr的动态类型是Rectangle。ps*没有动态类型，因为它尚未指向任何对象。

动态类型可在程序执行中改变（通常经由赋值动作）：

ps  =  pc;    //ps的动态类型如今是Circle*
ps  =  pr;    //ps的动态类型如今是Rectangle*

virtual函数根据动态绑定而来，意思是调用一个virtual函数时，究竟调用哪一份实现代码，取决于发出调用那个对象的动态类型：

pc->draw(Shape::Red);    //调用Circle::draw(Shape::Red)
pr->draw(Shape::Red);    //调用Rectangle::draw(Shape::Red)

当然，这都是基础知识。你肯定已经掌握了。但是，上面已经提到过，virtual函数是动态绑定，而缺省参数值却是静态绑定。意思是你可能会在“调用一个定义于derived class内的virtual函数”的同时，却使用base class为它所指定的缺省参数值：

pr->draw( );      //调用Rectangle::draw（Shape::Red）

pr的动态类型是Rectangle，所以调用的是Rectangle的virtual函数，一如你所预期。Rectangle::draw函数的缺省参数值应该是GREEN，但由于pr的静态类型是Shape，所以调用的缺省参数值来自Shape class而非Rectangle class！结局是这个函数调用有着奇怪并且几乎没人预料得到的组合，由Shape class和Rectangle class的draw**声明时各出一半力。

由于书中作者给的这个例子，不是很明显，有点隐晦，可能理解上文有点吃力，但是我们换个例子代码：

class Shape {
public:
    virtual void draw(int color = 0) const = 0;
};
class Rectangle: public Shape{
public:
    virtual void draw(int color = 1) const
    {
        cout << "Rectangle class : " << color << endl;
    }
};
class Circle: public Shape{
public:
    virtual void draw(int color) const
    {
        cout << "Circle class : " << color << endl;
    }
};

int main()
{
    Shape* pc = new Circle;        //静态类型为Shape*
    Shape* pr = new Rectangle;     //静态类型为Shape*
    pc->draw();                    //Circle class : 0
    pr->draw();                    //Rectangle class : 0
    pc->draw(10);                  //Circle class : 10
    pr->draw(10);                  //Rectangle class :10
    return 0;
}

这下大家一定很清楚了吧，就不多解释了。

以上事实不只局限于“ps，pc和pr都是指针”的情况；即使把指针换成references问题仍然存在。

Circle c;
Rectangle r;
Shape &sc = c;
Shape &sr = r;
sc.draw();                    //Circle class : 0
sr.draw();                    //Rectangle class : 0
sc.draw(10);                  //Circle class : 10
sr.draw(10);                  //Rectangle class :10

为什么C++坚持以这种方式来运作呢？

答案在于运行期效率。如果缺省参数值是动态绑定，编译器就必须有某种方法在运行期为virtual函数决定适当的参数缺省值。这比目前实行的“在编译期决定”的机制更慢而且更复杂。为了程序的执行速度和编译器实现上的简易度，C++做了这样的取舍，其结果就是你如今所享受的执行效率。

代码重复问题

如果我们试着遵守本条规则，并且同时提供缺省参数给base和derived class的用户，又会发生什么事呢？

class Shape {
public:
    enum ShapeColor {Red, Green, Blue};
    virtual void draw(ShapeColor color = Red) const = 0;
    ...
};
class Rectangle: public Shape{
public:
    virtual void draw(ShapeColor color = Red) const;
    ...
};

看起来是代码重复了，不会警告也不会报错，仅仅只是重复写了代码而已，更糟的是，代码重复又带着相依性：如果Shape内的缺省参数值改变了，所有“重复给定缺省参数值”的那些derived classes也必须改变，否则它们最终会导致“重复定义一个继承而来的缺省参数值”，与我们的本条规则的愿望相悖。应该怎么办呢？

当你想令virtual函数表现出你所想要的行为但却遭遇麻烦，聪明的做法是考虑替代设计。条款35列了不少virtual函数的替代设计，其中之一是NVI（non-virtual interface）手法：令base class内的一个public non-virtual函数调用private virtual函数，后者可被derived classes重新定义。这里我们可以让non-virtual函数指定缺省参数，而private virtual函数负责真正的工作：

class Shape {
public:
    enum ShapeColor {Red, Green, Blue};
    void draw(ShapeColor color = Red) const            //如今它是non-virtual
    {
        doDraw(color);                                 //调用一个virtual
    }
    ...
private:
    virtual void doDraw(ShapeColor color) const = 0;    //真正的工作在此处完成
};
class Rectangle: public Shape{
public:
    ...
private:
    virtual void doDraw(ShapeColor color) const;        //注意，无须指定缺省参数值。
    ...
};

---

NOTE：

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——却是动态绑定的。

ps：本条款在《C++ Primer》第四版 中文版 第15.2.4节的第5点——“虚函数与默认实参”有讲解，P482。但是没有举例说明，所以可能不好理解，或者给人印象不深。

---

小问题：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
 
 class Base {
 public:
     virtual ~Base(){}
     virtual void display() const {
         cout << "Base" << endl;
     }
 };
 
 class Derive:public Base {
 public:
    virtual ~Derive(){}
    virtual void display() {
        cout << "Derive" << endl;
    }
 
 };
 
 int main()
 {
    Base *pbase = new Derive();
    pbase -> display();
    return 0;
 }
 

为啥输出？
Base

解答：

这个问题其实不难，关键是你没有搞清楚 重载、隐藏、覆盖三者的区别，以及const的概念。

重载：要求函数名相同，形参列表不同，但要求两个函数必须在同一个作用域。你这道题目里的dispaly函数，一个在子类，一个在父类，显然不是在同一个作用域。故排除重载。

覆盖：发生在父子类之间，要求父类的函数有virtual修饰，同时对于返回类型是基本类型的函数来说，要构成覆盖，必须函数名、形参列表、返回值类型全部相同，你的父类里面的display后面有个一个const修饰，他修饰的是形参列表里的this指针，也就是dispaly(const this)。这样一写，你应该明白了吧，子类里的display应该是dispaly(),显然形参列表不相同，自然就构不成覆盖啊。

隐藏：发生在父子类之间，只要函数名相同就构成隐藏。

纵上所述，你的这两个函数构成的是隐藏关系，而不是覆盖，既然不是覆盖，那么何来多态呢？
所以运行结果肯定是Base。

如果你想实现多态，有两种方法：

• 去掉父类display函数后面的const
• 在子类display函数后面加上const

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