В описании класса можно указать список базовых классов с помощью следующих конструкций:
спец-базовых:
: список-базовых
список-базовых:
спецификация-базовых
список-базовых , спецификация-базовых
спецификация-базовых:
полное-имя-класса
virtual спецификация-доступа opt полное-имя-класса
спецификация-доступа virtual opt полное-имя-класса
спецификация-доступа:
private
protected
public
Конструкция имя-класса в спецификации-базовых должна обозначать ранее описанный класс (§R.9), который называется базовым по отношению к определяемому классу. Говорят, что класс является производным от своих базовых классов. Назначение конструкции спецификация-доступа объясняется в §R.11. К членам базового класса, если только они не переопределены в производном классе, можно обращаться так, как будто они являются членами производного класса. Говорят, что производный класс наследует члены базового класса. С помощью операции разрешения области видимости :: (§R.5.1) к члену базового класса можно обращаться явно. Такое обращение возможно и в том случае, когда имя члена базового класса переопределено в производном классе. Производный класс сам может выступать как базовый при контроле доступа, см. §R.11.2. Указатель на производный класс может неявно преобразовываться в указатель на однозначно определенный и доступный базовый класс (§R.4.6). Ссылка на производный класс может неявно преобразовываться в ссылку на однозначно определенный и доступный базовый класс (§R.4.7).
Рассмотрим пример:
class base {
public:
int a, b;
};
class derived: public base {
public:
int b, c;
};
void f()
{
derived d;
d.a = 1;
d.base::b = 2;
d.b = 3;
d.c = 4;
base* bp = &d; // стандартное преобразование derived* в base*
}
Здесь присваиваются значения четырем членам d, а bp настраивается на d.
Класс называется прямым базовым, если он находится в списке-базовых, и косвенным базовым, если сам не являясь прямым базовым, он служит базовым для одного из классов списка-базовых.
Отметим, что в обозначении имя-класса :: имя конструкция, имя может быть именем члена косвенного базового класса. Такое обозначение просто указывает класс, в котором следует начинать поиск этого имени.
Приведем пример:
class A { public: void f(); }
class B: public A {};
class C: public B { public: void f(); }
void C::f()
{
f(); // вызов f() из C
A::f(); // вызов f() из A
B::f(); // вызов f() из A
}
Здесь дважды вызывается A::f(), поскольку это единственная функция f() в классе B.
Инициализация объектов, представляющих базовые классы, задается в конструкторах, см. §R.12.6.2.
R.10.1 Множественные базовые классы
Класс может быть производным по отношению к любому числу базовых классов. Приведем пример:
class A {/*… */};
class B {/*… */};
class C {/*… */};
class D: public A, public B, public C {/*… */};
Использование более, чем одного прямого базового класса называется множественным наследованием.
Порядок наследования не важен, если не учитывать вопросов, связанных со стандартной инициализацией с помощью конструктора (§R.12.1), уничтожением (§R.12.4) и размещением в памяти ($$r.5.4, §R.9.2, §R.11.1). Порядок выделения памяти для базовых классов определяется реализацией.
Нельзя указывать класс в качестве прямого базового по отношению к производному классу более одного раза, но косвенным базовым классом он может быть неоднократно.
class B {/*… */};
class D: public B, public B {/*… */}; // недопустимо
class L {/*… */};
class A: public L {/*… */};
class B: public L {/*… */};
class C: public A, public B {/*… */}; // нормально
Здесь объект класса C будет иметь два вложенных объекта класса L.
К спецификации базового класса можно добавить служебное слово virtual. Отдельный объект виртуального базового класса V разделяется между всеми базовыми классами, которые указали V при задании своих базовых классов. Приведем пример:
class V {/*… */};
class A: virtual public V {/*… */};
class B: virtual public V {/*… */};
class C: public A, public B {/*… */};
Здесь объект класса C будет иметь только один вложенный объект класса V.
Класс может содержать виртуальные и невиртуальные базовые классы одного типа, например:
class B {/*… */};
class X: virtual public B {/*… */};
class Y: virtual public B {/*… */};
class Z: public B {/*… */};
class AA: public X, public Y, public Z {/*… */};
Здесь объект класса AA будет иметь два вложенных объекта класса B: из класса Z и виртуальный, разделяемый между классами X и Y.
R.10.1.1 Неоднозначности
Доступ к базовому классу должен быть задан однозначно. Доступ к члену базового класса считается неоднозначным, если выражение, используемое для доступа, задает более одной функции, объекта, типа или элемента перечисления. Проверка на однозначность происходит до проверки возможности доступа (§R.11). Приведем пример:
class A {
public:
int a;
int (*b)();
int f();
int f(int);
int g();
};
class B {
int a;
int b();
public:
int f();
int g();
int h();
int h(int);
};
class C: public A, public B {};
void g(C* pc)
{
pc-›a = 1; // ошибка: неоднозначность: A::a или B::a
pc-›b(); // ошибка: неоднозначность: A::b или B::b
pc-›f(); // ошибка: неоднозначность: A::f или B::f
pc-›f(1); // ошибка: неоднозначность: A::f или B::f
pc-›g(); // ошибка: неоднозначность: A::g или B::g
pc-›g = 1; // ошибка: неоднозначность: A::g или B::g
pc-›h(); // нормально
pc-›h(1); // нормально
}
Если имя перегруженной функции установлено однозначно, то прежде проверки возможности доступа происходит еще и разрешение перегрузки. Неоднозначность можно устранить, уточняя используемое имя именем класса, например, так:
class A {
public:
int f();
};
class B {
public:
int f();
};
class C: public A, public B {
int f() { return A::f() + B::f(); }
};
Если используются виртуальные базовые классы, до отдельной функции, объекта, типа или элемента перечисления можно добраться несколькими путями, двигаясь по направленному ацикличному графу, который образуют базовые классы. Но это не является неоднозначностью. Идентичное же использование невиртуальных базовых классов порождает неоднозначность, поскольку в этом случае участвует в задании доступа более одного вложенного объекта. Приведем пример:
class V { public: int v; };
class A { public: int a; };
class B: public A, public virtual V {};
class C: public A, public virtual V {};
class D: public B, public C { public: void f(); };
void D::f()
{
v++; // нормально
a++; // ошибка, неоднозначность: `a' в `D' входит дважды
}
Если используются виртуальные базовые классы, возможно что двигаясь по направленному ацикличному графу, можно добраться более, чем до одного имени функции, объекта или элемента перечисления. Это, конечно, неоднозначность, но кроме случая, когда одно имя доминирует над другими. Идентичное использование невиртуальных базовых классов всегда приводит к неоднозначности, т.к. в этом случае всегда участвует более одного вложенного объекта.
Считается, что имя B::f доминирует над именем A::f, если класс A является для класса B базовым. Если одно имя доминирует над другим, они не могут привести к неоднозначности: в ситуации выбора используется всегда доминирующее имя. Приведем пример:
class V { public: int f(); int x; };
class B: public virtual V { public: int f(); int x; };
class C: public virtual V {};
class D: public B, public C { void g(); };
void D::g()
{
x++; // нормально: B::x доминирует над V::x
f(); // нормально: B::f() доминирует над V::f()
}
В результате явного или неявного преобразования указателя или ссылки на производный класс в указатель или ссылку на один из его базовых классов, эти указатель или ссылка должны указывать только на тот же самый объект, который представляет базовый класс. Приведем пример:
class V {};
class A {};
class B: public A, public virtual V {};
class C: public A, public virtual V {};
class D: public B, public C {};
void g()
{
D d;
B* pb = &d;
A* pa = &d; // ошибка, неоднозначность: A из C или A из B?
v* pv = &d; // нормально: только один вложенный объект V
}
R.10.2 Виртуальные функции
Если класс base содержит виртуальную (§R.7.1.2) функцию vf, а производный от него класс derived также содержит функцию vf того же типа, тогда вызов vf для объекта класса derived является обращением к derived::vf, даже если доступ к этой функции происходит через указатель или ссылку на класс base. Говорят, что функция производного класса подавляет функцию базового класса. Однако, если типы функций (§R.8.2.5) различны, функции считаются разными и механизм виртуальности не действует (см. также §R.13.1). Считается ошибкой, если функция производного класса отличается от виртуальной функции базового класса только типом возвращаемого значения. Рассмотрим пример:
struct base {
virtual void vf1();
virtual void vf2();
virtual void vf3();
void f();
};
class derived: public base {
public:
void vf1();
void vf2(int); // скрывает base::vf2()
char vf3(); // ошибка: различие только в типе
// возвращаемого значения
}
void g()
{
derived d;
base* bp = &d; // стандартное преобразование: derived* в base*
bp-›vf1(); // вызов derived::vf1
bp-›vf2(); // вызов base::vf2
bp-›f(); // вызов base::f
}
Здесь три вызова для объекта d класса derived приведут к обращениям к derived::vf1, base::vf2 и base::f соответственно. Иными словами, интерпретация вызова виртуальной функции зависит от типа объекта, для которого она вызывается, тогда как интерпретация вызова невиртуальной функции-члена зависит только от типа указателя или ссылки на этот объект. Например, выражение bp-›vf1() приведет к вызову derived::vf1(), поскольку bp указывает на объект класса derived, в котором функция derived::vf1() подавляет виртуальную функцию base::vf1().
Наличие спецификации virtual означает, что функция является членом, поэтому виртуальная функция не может быть глобальной функцией (не членом) (§R.7.1.2). Точно так же виртуальная функция не может быть статическим членом, т.к. для вызова виртуальной функции необходимо наличие определенного объекта, который указывает, какую функцию надо вызывать. В другом классе виртуальную функцию можно описать как друга. Функция, подавляющая виртуальную, сама считается виртуальной функцией. Спецификацию virtual можно использовать для подавляющей функции производного класса, но это избыточно. Виртуальная функция может быть определена или описана в базовом классе как чистая (§R.10.3). Виртуальную функцию, которая определена в базовом классе, не нужно определять в производном классе: при всех вызовах будет использоваться функция, определенная в базовом классе.
Механизм виртуальности при вызове отключается, если есть явное уточнение имени с помощью оператора разрешения области видимости (§R.5.1), например:
class B { public: virtual void f(); };
class D: public B { public: void f(); };
void D::f() { /*… */ B::f(); }
Здесь обращение к f из D приводит к вызову B::f, а не D::f.
R.10.3 Абстрактные классы
Абстрактные классы дают средство для представления в языке общих понятий, таких, например, как фигура, для которых могут использоваться только конкретные их варианты, например, круг или квадрат. Кроме того абстрактный класс позволяет задать интерфейс, разнообразные реализации которого представляют производные классы.
Абстрактным называется класс, который можно использовать только как базовый для некоторого другого класса, т.е. нельзя создать никакого объекта абстрактного класса кроме того, который представляет базовый класс для некоторого производного класса. Класс считается абстрактным, если в нем есть хотя бы одна чистая виртуальная функция. При описании класса виртуальная функция описывается как чистая с помощью спецификации-чистой (§R.9.2). Чистую виртуальную функцию не нужно определять, если только она явно не вызывается с помощью конструкции уточненное-имя (§R.5.1). Рассмотрим пример:
class point {/*… */};
class shape {// абстрактный класс
point center;
//…
public:
point where() { return center; }
void move(point p) { center=p; draw(); }
virtual void rotate(int) = 0; // чистая виртуальная
virtual void draw() = 0; // чистая виртуальная
//…
};
Абстрактный класс нельзя использовать как тип формального параметра, тип возвращаемого значения, а также как тип в операции явного преобразования типа. Можно описывать указатели и ссылки на абстрактный класс, например:
shape x; // ошибка: объект абстрактного класса
shape* p; // нормально
shape f(); // ошибка
void g(shape); // ошибка
shape& h(shape&); // нормально
Чистые виртуальные функции и наследуются как чистые виртуальные функции, например:
class ab_circle: public shape {
int radius;
public:
void rotate(int) {}
ab_circle::draw(); // чистая виртуальная функция
};
Поскольку функция shape::draw() является чистой виртуальной функцией, то такой же будет по определению и функция ab_circle::draw(). Для приведенного ниже описания класс circle не будет абстрактным, и у функции circle::draw() где-то должно существовать определение.
class circle: public shape {
int radius;
public:
void rotate(int) {}
void draw(); // должна быть где-то определена
};
Функции-члены можно вызывать из конструктора абстрактного класса, результат прямого или косвенного вызова чистой виртуальной функции для объекта, созданного с помощью такого конструктора, неопределен.
R.10.4 Сводка правил области видимости
Теперь можно свести воедино правила областей видимости для программы на C++. Эти правила одинаково применимы для всех имен (включая имя-typedef (§R.7.1.3) и имя-класса (§R.9.1)) и в любом контексте, для которого они допустимы по синтаксису языка. Здесь рассматриваются только области видимости на лексическом уровне, вопросы связывания обсуждаются в §R.3.3. Понятие момента описания было введено в §R.3.2.
Всякое использование имени должно быть однозначным (не считая перегрузки) в области его видимости (§R.10.1.1). Правила доступа (§R.11) начинают действовать только тогда, когда имя можно однозначно найти в области его видимости. Только при условии, что права доступа к имени не нарушены, начинается проверка типа объекта, функции или элемента перечисления.
Имя, которое используется вне любой функции или класса, или перед которым стоит унарная операция разрешения области видимости :: (и которое не уточняется бинарной операцией :: или операциями -› или .), должно быть именем глобального объекта, или функции, или элемента перечисления, или типа.
Имя, задаваемое после X:: или obj., где obj типа X или типа ссылка на X, а также имя, задаваемое после ptr-›, где ptr типа указатель на X, должно быть именем члена класса X или членом базового по отношению к X класса. Помимо этого, в обращении ptr-›имя ptr может быть объектом класса Y, в котором есть функция operator-›(), описанная таким образом, что ptr-›operator() в конечном счете оказывается указателем на X (§R.13.4.6).
Имя, которое не уточняется одним из описанных выше способов, и, которое используется в функции, не являющейся членом класса, должно быть описано в том блоке, где оно используется, или в объемлющем блоке или должно быть глобальным. Описание локального имени скрывает описания того же имени в объемлющих блоках, а также его описания как глобального имени. В частности, перегрузка имени невозможна для имен в разных областях видимости (§R.13.4).
Имя, которое не уточняется одним из описанных выше способов, и, которое используется в функции, являющейся нестатическим членом класса X, должно быть описано или в том блоке, где оно используется, или в объемлющем блоке, и оно должно быть членом класса X, или членом базового по отношению к X класса, или это имя должно быть глобальным. Описание локальных имен скрывает описание этих же имен в объемлющих блоках, в членах класса этой функции и среди глобальных имен. Описание члена скрывает аналогичные описание с тем же именем в базовых классах и среди глобальных имен.
Имя, которое не уточняется одним из описанных выше способов, и, которое используется в статической функции-члене класса X, должно быть описано или в том блоке, где оно используется, или в объемлющем блоке, и должно быть статическим членом класса X, или базового по отношению к X класса, или оно должно быть глобальным именем.
Имя формального параметра функции, заданное при ее определении (§R.8.3), принадлежит области видимости, совпадающей с наибольшим блоком функции (в частности, является локальным именем). Имя формального параметра функции, заданное в ее описании (§R.8.2.5), а не определении, принадлежит локальной области видимости, которая исчезает сразу же после описания функции. Стандартные значения параметров находятся в области видимости, определяемой в момент описания (§R.3.2) формальных параметров функции; в них не должны использоваться локальные переменные или нестатические члены класса, и они вычисляются при каждом вызове функции (§R.8.2.6).
Инициализатор-ctor (§R.12.6.2) вычисляется в области видимости наибольшего блока конструктора, для которого он задан. В частности, в нем можно использовать имена формальных параметров.