第18.3章 每个虚函数都要标注

1. 规则

如果你在遵循本书的代码库里写虚函数，它必须同时满足这两条：

• 它有标注 —— virtual、override、 final 三者之一，永远要写，每个声明和每个定义都要写。 没有例外，包括你五秒前刚刚做成虚的那个函数。
• 它有错误契约 —— noexcept 或 throws 正好一个，就像其他所有函数一样 （第6.16章）。

哪个标注放在哪里不是风格选择：

绝不要在派生类里写 virtual。它合法、它冗余，而且它主动掩盖了你最可能犯的那个错误： 因为签名有一点点不对，你写了一个并不覆盖任何东西的 virtual 函数。

2. 不写 override 会怎样

基类有 who() const。派生类忘了 const。 编译器默默接受，并创建一个全新的、与那个虚函数无关的函数：

struct base
{
	virtual ::std::string_view who() const noexcept { return "base"; }
	virtual int rank() const noexcept { return 1; }
	virtual ~base() noexcept = default;
};

struct forgetful : base
{
	// missing const: a brand-new function, not an override
	::std::string_view who() noexcept { return "forgetful"; }
};

struct marked : base
{
	::std::string_view who() const noexcept override { return "marked"; }
};

forgetful direct=forgetful through base=base | marked direct=marked through base=marked

forgetful 在它自己身上调用时回答 “forgetful”， 通过 base& 调用时回答 “base”。两者是同一个对象。 程序完全合法，不加 -Wall 连警告都没有；加上 -Wall -Wextra 你会得到一条，而且很容易看漏：

mark.cc:6:36: warning: ‘virtual std::string_view base::who() const’ was hidden [-Woverloaded-virtual=]

把漏掉的 const 和 override 补上， 同一个调用就会按你的本意分派：marked direct=marked through base=marked。 写了 override，签名不对就是编译错误，而不是悄悄多出第三个函数。 这就是这个关键字全部的价值：它把你的意图变成一个会被检查的声明。

3. 契约会被检查，标注不会

好消息：错误契约是被编译器强制执行的，而且在真正要紧的那个方向上。 如果基类承诺不会失败，而派生类没有承诺，你就得到错误：

struct base
{
	virtual int rank() const noexcept { return 1; }
	virtual ~base() noexcept = default;
};

struct child : base
{
	int rank() const override { return 2; }
};

mark2.cc:9:13: error: looser exception specification on overriding virtual function ‘virtual int child::rank() const’
    9 |         int rank() const override { return 2; }
      |             ^~~~
mark2.cc:3:21: note: overridden function is ‘virtual int base::rank() const noexcept’
    3 |         virtual int rank() const noexcept { return 1; }
      |                     ^~~~

反方向是允许的，而且正是你想要的：一个 throws 的虚函数可以被 noexcept 的实现覆盖，因为收窄失败集合不可能弄坏调用者。 这就是为什么契约要写在基类上：基类决定每个实现必须遵守的最弱契约， 而调用者只需要看基类。

纯虚函数也要写契约 —— virtual double area() const noexcept = 0; —— 那才是调用者真正会读的东西。

4. final：不只是文档

final 出现在两个地方，两种收益：

• 写在函数上：更深的派生类不能再覆盖它。 于是只要编译器能证明静态类型，它就可以直接调用， 因为不可能存在派生的实现。
• 写在类上：没有任何东西能从它派生。这让编译器在对象是局部、 且从不逃逸时干脆跳过 vptr —— 在本书的工具链上实测：加 final 且对象是局部的，-O2 下 vtable 根本不会生成， 后续的 dynamic_cast/链接步骤也就失去了它不再需要的 typeinfo。

final 是唯一有代码生成效果的标注。它也是唯一让层次可以安全关闭的标注： 类一旦 final，以后再想加派生类就是编译错误，而这通常正是你想知道的事。

5. 标注到底放哪儿

struct shape
{
	virtual double area() const noexcept = 0;              // base: virtual
	virtual ::std::string_view name() const noexcept = 0;
	virtual ~shape() noexcept = default;                   // virtual, noexcept
};

struct square final : shape                             // final class
{
	double side{};

	explicit square(double s) noexcept : side{s} {}

	double area() const noexcept override { return side * side; }   // const, then override, then noexcept
	::std::string_view name() const noexcept override { return "square"; }
	~square() noexcept override = default;                          // a destructor can override too
};

声明里的顺序是 const → override → noexcept/throws，与本书其他地方一致 （第16.7章）。 把 override 放到别处通常是语法错误，而且永远影响阅读速度。

6. 没有编译器开关时怎么强制

这套工具链里没有 -Wrequire-override， 也没有任何开关会要求虚函数必须有契约（实测：对没有规范的虚函数， -Wall -Wextra 一声不响）。所以这是一条项目规则， 而项目规则需要一条能让构建失败的 grep：

# every 'virtual' must also be = 0, noexcept or throws
grep -rn 'virtual ' include/ \
  | grep -v '= 0' | grep -v 'noexcept' | grep -v 'throws'

# nothing outside a base declaration may say 'virtual'
grep -rn 'virtual ' include/ | grep -v 'struct \|class '

把这两行放进 CI。它们抓到的真实缺陷比编译器多，因为编译器对本章讲的错误全都满意。

7. 经验法则

• 每个虚函数都带 virtual、override 或 final。每一个。在补丁审查里，没标注的虚函数就是被打回的补丁。
• 每个虚函数都带 noexcept 或 throws。 基类决定，派生类可以收窄。
• 派生类里永远不要重复 virtual。写 override， 让编译器检查你的签名。
• 叶子类标 final。它免费、会被检查，而且是唯一能删代码的标注。
• 如果一个类是 final 而且对象都留在局部，干脆把 virtual 删掉，改用重载集或 ::std::variant —— 那样就没有东西需要标注了。