《条款39：避免“向下转换”继承层次》由会员分享，可在线阅读，更多相关《条款39：避免“向下转换”继承层次（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、条款条款 3939：避免：避免“向下转换向下转换”继承层次继承层次条款 39: 避免 “向下转换“ 继承层次在当今喧嚣的经济时代，关注一下我们的金融机构是个不错的主意。所以，看看下面这个有关银行帐户的协议类(Protocol class )（参见条款 34）：class Person . ;class BankAccount public:BankAccount(const Person *primaryOwner,const Person *jointOwner);virtual BankAccount();virtual void makeDeposit(double amount) =
2、0;virtual void makeWithdrawal(double amount) = 0;virtual double balance() const = 0;.;很多银行现在提供了多种令人眼花缭乱的帐户类型，但为简化起见，我们假设只有一种银行帐户，称为存款帐户：class SavingsAccount: public BankAccount public:SavingsAccount(const Person *primaryOwner,const Person *jointOwner);SavingsAccount();void creditInterest(); / 给帐户增加利
3、息.;这远远称不上是一个真正的存款帐户，但还是那句话，现在什么年代？至少，它满足我们现在的需要。银行想为它所有的帐户维持一个列表，这可能是通过标准库（参见条款 49）中的 list 类模板实现的。假设列表被叫做 allAccounts：list allAccounts; / 银行中所有帐户和所有的标准容器一样，list 存储的是对象的拷贝，所以，为避免每个 BankAccount 存储多个拷贝，银行决定让 allAccounts 保存BankAccount 的指针，而不是 BankAccount 本身。假设现在准备写一段代码来遍历所有的帐户，为每个帐户计算利息。你会这么写：/ 不能通过编译的循
4、环（如果你以前从没/ 见过使用 “迭代子“ 的代码，参见下文）for (list:iterator p = allAccounts.begin();p != allAccounts.end();+p) (*p)-creditInterest(); / 错误!但是，编译器很快就会让你认识到：allAccounts 包含的指针指向的是 BankAccount 对象，而非 SavingsAccount 对象，所以每次循环，p 指向的是一个 BankAccount。这使得对 creditInterest 的调用无效，因为 creditInterest 只是为 SavingsAccount 对象声明的，
5、而不是 BankAccount。如果“list:iterator p = allAccounts.begin()“ 在你看来更象电话线中的噪音，而不是 C+，那很显然，你以前无缘见识过 C+标准库中的容器类模板。标准库中的这一部分通常被称为标准模板库（STL） ，你可以在条款 49 和 M35 初窥其概貌。但现在你只用知道，变量 p 工作起来就象一个指针，它将 allAccounts中的元素从头到尾循环一遍。也就是说，p 工作起来就好象它的类型是 BankAccount*而列表中的元素都存储在一个数组中。上面的循环不能通过编译很令人泄气。的确，allAccounts 是被定义为保存 BankA
6、ccount*，但要知道，上面的循环中它事实上保存的是 SavingsAccount*，因为 SavingsAccount 是仅有的可以被实例话的类。愚蠢的编译器！对我们来说这么显然的事情它竟然笨得一无所知。所以你决定告诉它：allAccounts 真的包含的是SavingsAccount*：/ 可以通过编译的循环，但很糟糕for (list:iterator p = allAccounts.begin();p != allAccounts.end();+p) static_cast(*p)-creditInterest();一切问题迎刃而解！解决得很清晰，很漂亮，很简明，所做的仅仅是一个简单
7、的转换而已。你知道 allAccounts 指针保存的是什么类型的指针，迟钝的编译器不知道，所以你通过一个转换来告诉它，还有比这更合理的事吗？在此，我要拿圣经的故事做比喻。转换之于 C+程序员，就象苹果之于夏娃。这种类型的转换 - 从一个基类指针到一个派生类指针 - 被称为 “向下转换“，因为它向下转换了继承的层次结构。在刚看到的例子中，向下转换碰巧可以工作；但正如下面即将看到的，它将给今后的维护人员带来恶梦。还是回到银行的话题上来。受到存款帐户业务大获成功的激励，银行决定再推出支票帐户业务。另外，假设支票帐户和存款帐户一样，也要负担利息：class CheckingAccount: publ
8、ic BankAccount public:void creditInterest(); / 给帐户增加利息.;不用说，allAccounts 现在是一个包含存款和支票两种帐户指针的列表。于是，上面所写的计算利息的循环转瞬间有了大麻烦。第一个问题是，虽然新增了一个 CheckingAccount，但即使不去修改循环代码，编译还是可以继续通过。因为编译器只是简单地听信于你所告诉它们（通过 static_cast）的一切：*p 指向的是SavingsAccount*。谁叫你是它的主人呢？这会给今后维护带来第一个恶梦。维护期第二个恶梦在于，你一定想去解决这个问题，所以你会写出这样的代码：for (l
9、ist:iterator p = allAccounts.begin();p != allAccounts.end();+p) if (*p 指向一个 SavingsAccount)static_cast(*p)-creditInterest();elsestatic_cast(*p)-creditInterest();任何时候发现自己写出 “如果对象属于类型 T1，做某事；但如果属于类型 T2，做另外某事“ 之类的代码，就要扇自己一个耳光。这不是 C+的做法。是的，在 C，Pascal，甚至 Smalltalk 中，它是很合理的做法，但在 C+中不是。在 C+中，要使用虚函数。记得吗？对于一
10、个虚函数，编译器可以根据所使用对象的类型来保证正确的函数调用。所以不要在代码中随处乱扔条件语句或开关语句；让编译器来为你效劳。如下所示：class BankAccount . ; / 同上/ 一个新类，表示要支付利息的帐户class InterestBearingAccount: public BankAccount public:virtual void creditInterest() = 0;.;class SavingsAccount: public InterestBearingAccount . / 同上;class CheckingAccount: public Interest
11、BearingAccount . / as above;用图形表示如下：BankAccount|InterestBearingAccount / / CheckingAccount SavingsAccount因为存款和支票账户都要支付利息，所以很自然地想到把这一共同行为转移到一个公共的基类中。但是，如果假设不是所有的银行帐户都需要支付利息（以我的经验，这当然是个合理的假设） ，就不能把它转移到 BankAccount 类中。所以，要为 BankAccount 引入一个新的子类 InterestBearingAccount，并使 SavingsAccoun 和CheckingAccount 从
12、它继承。存款和支票账户都要支付利息的事实是通过InterestBearingAccount 的纯虚函数 creditInterest 来体现的，它要在子类 SavingsAccount 和 CheckingAccount 中重新定义。有了新的类层次结构，就可以这样来重写循环代码：/ 好一些，但还不完美for (list:iterator p = allAccounts.begin();p != allAccounts.end();+p) static_cast(*p)-creditInterest();尽管这个循环还是包含一个讨厌的转换，但代码已经比过去健壮多了，因为即使又增加 Interes
13、tBearingAccount 新的子类到程序中，它还是可以继续工作。为了完全消除转换，就必须对设计做一些改变。一种方法是限制帐户列表的类型。如果能得到一列 InterestBearingAccount 对象而不是 BankAccount 对象，那就太好了：/ 银行中所有要支付利息的帐户list allIBAccounts;/ 可以通过编译且现在将来都可以工作的循环for (list:iterator p =allIBAccounts.begin();p != allIBAccounts.end();+p) (*p)-creditInterest();如果不想用上面这种 “采用更特定的列表“
14、的方法，那就让creditInterest 操作使用于所有的银行帐户，但对于不用支付利息的帐户来说，它只是一个空操作。这个方法可以这样来表示：class BankAccount public:virtual void creditInterest() .;class SavingsAccount: public BankAccount . ;class CheckingAccount: public BankAccount . ;list allAccounts;/ 看啊，没有转换!for (list:iterator p = allAccounts.begin();p != allAccou
15、nts.end();+p) (*p)-creditInterest();要注意的是，虚函数 BankAccount:creditInterest 提供一个了空的缺省实现。这可以很方便地表示，它的行为在缺省情况下是一个空操作；但这也会给它本身带来难以预见的问题。想知道内幕，以及如何消除这一危险，请参考条款 36。还要注意的是，creditInterest 是一个（隐式的）内联函数，这本身没什么问题；但因为它同时又是一个虚函数，内联指令就有可能被忽略。条款 33解释了为什么。正如上面已经看到的，“向下转换“ 可以通过几种方法来消除。最好的方法是将这种转换用虚函数调用来代替，同时，它可能对有些类不适用，所以要使这些类的每个虚函数成为一个空操作。第二个方法是加强类型约束，使得指针的声明类型和你所知道的真的指针类型之间没有出入。为了消除向下转换，无论费多大工夫都是值得的，因为向下转换难看、容易导致错误，而且使得代码难于理解、升级和维护（参见条款 M32） 。至此，我所说的都是事实；但，不是全部事实。有些情况下，真的不得不执行向下转换。例如，假设还是面临本条款开始的那种情况，即，allAccounts 保存 BankAccount 指针，creditInterest 只是为 SavingsAccount 对象定义，要写一个循环来为每个帐户计算利息。进一步假设，你不能
