第十八章 用于大型程序的工具

18.1 异常处理

18.2 命名空间

命名空间定义

  • 语法相关：
    • 只要能出现在全局作用域的声明就能置于命名空间中
    • 命名空间不能定义在函数或类内部
    • 每个命名空间是一个作用域。
    • 命名空间可以不连续，即同一命名空间可以定义为几个不同的部分，在多处出现
      • 在头文件中声明命名空间中的成员，在源文件中定义命名空间中的成员
    • 通常不将#include放在命名空间中，否则会将该头文件中的所有名字定义为该命名空间中的成员
  • 几种命名空间
    • 全局命名空间：使用::显式指明
    • 嵌套命名空间
    • 内联命名空间：无需使用该命名空间的前缀，通过外层命名空间就可以直接访问。
      • inline必须出现在命名空间第一次定义的地方，后续打开命名空间时可以不加inline
      • 程序代码更新版本时经常使用内联空间，当前版本放在内联空间中，历史版本放在非内联空间中，
         1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17

        /* 文件名：FifthEd.h */ 
inline namespace FifthEd{ //定义第五版命名空间，是内联，使用时不需显式指定该空间的名字 
    class Query_base{/* 类的定义 */}; 
}
/* 文件名：FourthEd.h */ 
namespace FourthEd{ //定义第四版命名空间 
    class Query_base{/* 类的定义 */}; 
} 
/* 文件名：cplusplus_primer.h */ 
namespace cplusplus_primer{ //将上面两个命名空间嵌套进外层空间 
    #include"FifthEd.h" //引入头文件中的所有名字 
    #include"FourthEd.h" 
} 
/* 文件名：main.cc */ 
#include"cplusplus_primer.h" 
using cplusplus_primer::Query_base; //默认使用第五版中的成员 
using cplusplus_primer::FourthEd::Query_base; //手动指定第四版中的成员
    • 未命名的命名空间
      • 未命名的命名空间可以在一个文件内不连续（是同一个命名空间），但是不可跨越文件（否则是两个无关的命名空间）
      • 未命名的命名空间中定义的变量拥有静态的声明周期：在第一次使用前创建，直到程序结束才销毁。
      • 如果头文件中定义了未命名的命名空间，则不同源文件中包含了该头文件后，该空间中的名字对应不同实体
      • 未命名的命名空间中的名字可以跨越到上一次作用域，因此定义在未命名的命名空间中的名字可以直接使用，不能对未命名的命名空间的成员使用作用域算符
      • 应用：未命名的命名空间取代文件中的静态声明
        • 原来将全局变量声明为static以转变为内部变量（C方式）
        • 现在将全局变量放在未命名的命名空间中（C++方式，原因见上述语法），但是此时全局变量仍然是外部的，

使用命名空间成员

  • 命名空间的别名：namespace new_name = old_name1::old_name2;
    • 一个命名空间可以有多个别名，但不能在未定义命名空间之前就声明别名
  • using声明：using my_namespace::mem;
    • 一次只能引入命名空间的一个成员
    • 声明的名字的作用域与using语句本身的作用域一致
    • 在类作用域中using声明只能声明基类成员
  • using指示：using nemespace my_namespace;
    • 引入命名空间中所有名字
    • using指示将命名空间注入到外层作用域，即将命名空间中所有名字出现在最近的外层作用域中（相当于using声明的外层作用域）
    • 不可出现在类作用域
  • 命名空间污染：
    • 使用了多个命名空间的using指示后，外层作用域中来自不同命名空间的名字可能发生冲突，这种冲突允许存在，但是使用时需要使用::明确指定版本
    • 在头文件中，不要在全局作用域中使用using声明/指示，最多在函数、命名空间中使用
    • using指示引发的二义性错误只有在使用冲突名字的地方才会被发现，难以定位bug
    • 尽量使用using声明而非using指示

类、命名空间与作用域

  • 名字查找的例外：给函数传递类类型对象/引用/指针时，先在常规的作用域中查找函数名，随后还会在实参类（及其基类）所属的命名空间中查找函数名。
    • 这个规则使得概念上作为接口一部分的非成员函数不需单独using声明就可被程序使用
    • 例子：std::cin>>str;表达式中，作用域中没有声明operator>>()函数，但是仍可以使用，这是因为在istream（实参std::cin所属类）和string（实参str所属类）所在的命名空间中进行了查找。否则需要显式声明：using std::operator>>，使用operator>>(std::cin, str);
  • 友元相关：
    • 当类声明友元时，还需要在类外给出友元的正式声明
    • 一个未声明的类/函数若第一次出现在友元声明中，则认为它是最近的外层命名空间的成员。
     1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11

    namespace A{ 
    class C{ //这2个友元声明时还没有正式声明，认为它是最近的外层空间的成员，即隐式声明为空间A的成员 
        friend void f2(); //没有形参 
        friend void f(const C &); //接受C类型对象作为实参 
    }; 
} 
int main(){ 
    A::C cobj; 
    f(cobj); //对，f被隐式声明为A的成员，且实参决定会在A中查找函数f 
    f2(); //错，虽然f2被隐式声明为A的成员，但未显式指明 
}

重载与命名空间

  • using声明
    • using声明语句声明的是一个名字，而非特定的函数，也就是包括该函数的所有版本，都被引入到当前作用域中。
    • using声明引入的函数将重载该声明语句所属作用域中已有的同名函数。
  • using指示
    • 若命名空间中函数名与外层作用域中函数同名，即使函数同名同参也不会报错，只需要使用时指明版本

18.3 多重继承与虚继承

多重继承

  • 可以从多个基类中继承构造函数，但是这些构造函数必须形参列表不同
    • 如果相同，则派生类必须为这种形参列表的构造函数定义自己的版本

类型转换与多个基类

  • 在派生类向基类的转换中，如果有多个基类，编译器不会进行比较，转换到任何基类一样好
  • 对象的指针/引用的静态类型决定了哪些成员可见

多重继承下的类作用域

  • 在派生类中使用了某个名字，则程序并行的在多个基类中查找名字
    • 派生类继承多个基类的同名成员合法，只是使用时需要::指明版本
    • 派生类只是引入潜在的二义性，如果不调用该重名的对象，则不会报错
    • 只有使用该重名对象时，才会产生二义性报错
      • 该名字在多个基类中是形参列表不同的函数
      • 该名字在一个基类中是private，而在另一个基类中是public/protected
      • 该名字在一个基类中直接找到，而在另一个基类的间接基类中找到
    • 避免这种二义性的方法是在派生类中再定义一次这个名字，覆盖基类名字，避免在基类中查找
  • 当一个类拥有多个基类时，有可能出现派生类从两个或更多基类中继承了同名成员的情况。此时，不加前缀限定符直接使用该名字将引发二义性。

虚继承

  • 背景：菱形继承中，间接基类应该只有一个，如果不使用虚继承，则间接基类在派生类对象中有两个部分
  • 虚继承：令某个类做出声明，承诺愿意共享它的基类。被共享的基类子对象称为虚基类，不论虚基类在继承体系中出现了多少次，在派生类中都只包含唯一一个共享的虚基类子对象。
    • 经常并不知道一个类是否会被继承多次，因此不知道由它而来的派生是否应该是虚派生
    • 实际编程中，位于中间层次的类将其继承基类的方式声明为虚继承并不会出问题。虚派生只影响从虚基类的派生类中进一步派生出的类，它不影响虚基类的派生类。
  • 语法相关：
    • 在派生列表中添加virtual，表示后续的派生类共享虚基类的同一份实例
    • 菱形继承：类B定义了成员x，D1和D2由B虚继承得到，D继承自D1和D2，则在D的作用域中，x通过两个基类都可见。若通过D的对象使用x，有几种可能：
      • 若D1和D2中都未定义x，则x被解析为B的成员，不存在二义性。因为只在虚基类中有定义
      • 若D1或D2其中之一定义了x，则x被解析为D1或D2的成员，不存在二义性。因为D1和D2是派生类，位于内层作用域，优先级更高
      • 若D1和D2中都定义了x，则直接访问x时是二义性。因为D1和D2的优先级相同
    • 解决二义性最好的方法就是在派生类中为成员自定义新的实例

构造函数与虚继承

  • 在虚派生中，虚基类由最终的派生类在其构造函数初值列表中初始化（越过了继承链），而非由其直接派生类初始化，否则被重复初始化
  • 只要创建了虚基类的派生类对象，该派生类的构造函数就会越过继承链初始化虚基类
  • 含有虚基类的对象的构造顺序：
    • 首先使用提供给最终派生类构造函数的初值来初始化虚基类（否则虚基类默认初始化）
    • 一个类可有多个虚基类，这些虚基类的初始化顺序是它们在派生列表中的顺序
    • 然后按照直接基类在派生列表中的顺序初始化非虚基类
  • 构造派生类时，编译器按照直接基类的声明顺序对其依次检查，若基类中含有虚基类，则先构造虚基类，然后按照声明顺序逐一构造其他非虚基类