More Effective C++：不使用多態(tài)性數(shù)組

2019-11-17 05:32:34

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供稿：網(wǎng)友

　　類繼續(xù)的最重要的特性是你可以通過(guò)基類指針或引用來(lái)操作派生類。這樣的指針或引用具有行為的多態(tài)性，就似乎它們同時(shí)具有多種形態(tài)。C++答應(yīng)你通過(guò)基類指針和引用來(lái)操作派生類數(shù)組。不過(guò)這根本就不是一個(gè)特性，因?yàn)檫@樣的代碼根本無(wú)法如你所愿地那樣運(yùn)行。

　　假設(shè)你有一個(gè)類BST（比如是搜索樹(shù)對(duì)象）和繼續(xù)自BST類的派生類BalancedBST：

class BST { ... };
class BalancedBST: public BST { ... };
　　在一個(gè)真實(shí)的程序里，這樣的類應(yīng)該是模板類，但是在這個(gè)例子里并不重要，加上模板只會(huì)使得代碼更難閱讀。為了便于討論，我們假設(shè)BST和BalancedBST只包含int類型數(shù)據(jù)。

　　有這樣一個(gè)函數(shù)，它能打印出BST類數(shù)組中每一個(gè)BST對(duì)象的內(nèi)容：

void PRintBSTArray(ostream& s,
const BST array[],
int numElements)
{
　for (int i = 0; i < numElements; ) {
　　s << array[i]; //假設(shè)BST類
　} //重載了操作符<<
}
　　當(dāng)你傳遞給該函數(shù)一個(gè)含有BST對(duì)象的數(shù)組變量時(shí)，它能夠正常運(yùn)行：

BST BSTArray[10];
...
printBSTArray(cout, BSTArray, 10); // 運(yùn)行正常
　　然而，請(qǐng)考慮一下，當(dāng)你把含有BalancedBST對(duì)象的數(shù)組變量傳遞給printBSTArray函數(shù)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生什么樣的后果：

BalancedBST bBSTArray[10];
...
printBSTArray(cout, bBSTArray, 10); // 還會(huì)運(yùn)行正常么？
　　你的編譯器將會(huì)毫無(wú)警告地編譯這個(gè)函數(shù)，但是再看一下這個(gè)函數(shù)的循環(huán)代碼：

for (int i = 0; i < numElements; ) {
　s << array[i];
}
　　這里的array[I]只是一個(gè)指針?biāo)惴ǖ目s寫(xiě)：它所代表的是*(array)。我們知道array是一個(gè)指向數(shù)組起始地址的指針，但是array中各元素內(nèi)存地址與數(shù)組的起始地址的間隔究竟有多大呢？它們的間隔是i*sizeof(一個(gè)在數(shù)組里的對(duì)象)，因?yàn)樵赼rray數(shù)組[0]到[I]間有I個(gè)對(duì)象。編譯器為了建立正確遍歷數(shù)組的執(zhí)行代碼，它必須能夠確定數(shù)組中對(duì)象的大小，這對(duì)編譯器來(lái)說(shuō)是很輕易做到的。參數(shù)array被聲明為BST類型，所以array數(shù)組中每一個(gè)元素都是BST類型，因此每個(gè)元素與數(shù)組起始地址的間隔是be i*sizeof(BST)。

　　至少你的編譯器是這么認(rèn)為的。但是假如你把一個(gè)含有BalancedBST對(duì)象的數(shù)組變量傳遞給printBSTArray函數(shù)，你的編譯器就會(huì)犯錯(cuò)誤。在這種情況下，編譯器原先已經(jīng)假設(shè)數(shù)組中元素與BST對(duì)象的大小一致，但是現(xiàn)在數(shù)組中每一個(gè)對(duì)象大小卻與BalancedBST一致。派生類的長(zhǎng)度通常都比基類要長(zhǎng)。我們料想BalancedBST對(duì)象長(zhǎng)度的比BST長(zhǎng)。假如如此的話，printBSTArray函數(shù)生成的指針?biāo)惴▽⑹清e(cuò)誤的，沒(méi)有人知道假如用BalancedBST數(shù)組來(lái)執(zhí)行printBSTArray函數(shù)將會(huì)發(fā)生什么樣的后果。不論是什么后果都是令人不愉快的。

　　假如你試圖刪除一個(gè)含有派生類對(duì)象的數(shù)組，將會(huì)發(fā)生各種各樣的問(wèn)題。以下是一種你可能的不正確的做法。

//刪除一個(gè)數(shù)組, 但是首先記錄一個(gè)刪除信息
void deleteArray(ostream& logStream, BST array[])
{
　logStream << "Deleting array at address "
　<< static_cast(array) << '/n';
　delete [] array;
}
BalancedBST *balTreeArray = // 建立一個(gè)BalancedBST對(duì)象數(shù)組
new BalancedBST[50];
...
deleteArray(cout, balTreeArray); // 記錄這個(gè)刪除操作
　　這里面也掩藏著你看不到的指針?biāo)惴ā．?dāng)一個(gè)數(shù)組被刪除時(shí)，每一個(gè)數(shù)組元素的析構(gòu)函數(shù)也會(huì)被調(diào)用。當(dāng)編譯器碰到這樣的代碼：

delete [] array;
　　它肯定象這樣生成代碼：

// 以與構(gòu)造順序相反的順序來(lái)
// 解構(gòu)array數(shù)組里的對(duì)象
for ( int i = 數(shù)組元素的個(gè)數(shù) 1; i >= 0;--i)
{
　array[i].BST::~BST(); // 調(diào)用 array[i]的
} // 析構(gòu)函數(shù)
　　因?yàn)槟闼帉?xiě)的循環(huán)語(yǔ)句根本不能正運(yùn)行，所以當(dāng)編譯成可執(zhí)行代碼后，也不可能正常運(yùn)行。語(yǔ)言規(guī)范中說(shuō)通過(guò)一個(gè)基類指針來(lái)刪除一個(gè)含有派生類對(duì)象的數(shù)組，結(jié)果將是不確定的。這實(shí)際意味著執(zhí)行這樣的代碼肯定不會(huì)有什么好結(jié)果。多態(tài)和指針?biāo)惴ú荒芑旌显谝黄饋?lái)用，所以數(shù)組與多態(tài)也不能用在一起。

　　值得注重的是假如你不從一個(gè)具體類（concrete classes）（例如BST）派生出另一個(gè)具體類（例如BalancedBST），那么你就不太可能犯這種使用多態(tài)性數(shù)組的錯(cuò)誤。正如我在后面將介紹的條款33所解釋的，不從具體類派生出具體類有很多好處。

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