[24] 继承 — 私有继承和保护继承

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2023-12-01

FAQs in section [24]:

[24.1] 如何表示“私有继承”？
[24.2] 私有继承和组合(composition)有什么类似？
[24.3] 我应该选谁：组合还是私有继承？
[24.4] 从私有继承类到父类需要指针类型转换吗？
[24.5] 保护继承和私有继承的关系是什么？
[24.6] 私有继承和保护继承的访问规则是什么？

24.1 如何表示“私有继承”？

用 : private 代替 : public，例如

 class Foo : private Bar {
 public:
   // ...
 };

24.2 私有继承和组合(composition)有什么类似？

私有继承是组合的一种语法上的变形（聚合或者 “有一个”）

例如，“汽车有一个(has-a)引擎”关系可以用单一组合表示为：

 class Engine {
 public:
   Engine(int numCylinders);
   void start();                 // Starts this Engine
 };

 class Car {
 public:
   Car() : e_(8) { }             // Initializes this Car with 8 cylinders
   void start() { e_.start(); }  // Start this Car by starting its Engine
 private:
   Engine e_;                    // Car has-a Engine
 };

同样的“有一个”关系也能用私有继承表示：

 class Car : private Engine {    // Car has-a Engine
 public:
   Car() : Engine(8) { }         // Initializes this Car with 8 cylinders
   using Engine::start;          // Start this Car by starting its Engine
 };

两种形式有很多类似的地方：

两种情况中，都只有一个 Engine 被确切地包含于 Car 中
两种情况中，在外部都不能将 Car* 转换为 Engine*
两种情况中，Car类都有一个start()方法，并且都在包含的Engine对象中调用start()方法。

也有一些区别：

如果你想让每个 Car都包含若干 Engine，那么只能用单一组合的形式
私有继承形式可能引入不必要的多重继承
私有继承形式允许 Car 的成员将 Car* 转换成Engine*
私有继承形式允许访问基类的保护（protected）成员
私有继承形式允许 Car 重写 Engine 的虚函数
私有继承形式赋予Car一个更简洁（20个字符比28个字符）的仅通过 Engine调用的start()方法

注意，私有继承通常用来获得对基类的 protected: 成员的访问，但这只是短期的解决方案（权宜之计）

24.3 我应该选谁：组合还是私有继承？

尽可能用组合，万不得已才用私有继承

通常你不会想访问其他类的内部，而私有继承给你这样的一些的特权（和责任）。但是私有继承并不有害。只是由于它增加了别人更改某些东西时，破坏你的代码的可能性，从而使维护的花费更昂贵。

当你要创建一个 Fred 类，它使用了 Wilma 类的代码，并且Wilma 类的这些代码需要调用你新建的 Fred 类的成员函数。在这种情况下，Fred 调用 Wilma 的非虚函数，而Wilma 调用（通常是纯虚函数）被Fred重写的这些函数。这种情况，用组合是很难完成的。

 class Wilma {
 protected:
   void fredCallsWilma()
     {
       std::cout << "Wilma::fredCallsWilma()\n";
       wilmaCallsFred();
     }
   virtual void wilmaCallsFred() = 0;   // 纯虚函数
 };

 class Fred : private Wilma {
 public:
   void barney()
     {
       std::cout << "Fred::barney()\n";
       Wilma::fredCallsWilma();
     }
 protected:
   virtual void wilmaCallsFred()
     {
       std::cout << "Fred::wilmaCallsFred()\n";
     }
 };

24.4 从私有继承类到父类需要指针类型转换吗？

一般来说，不。

对于该私有继承类的成员函数或者友元来说，和基类的关系是已知的，并且这种从PrivatelyDer* 到 Base* （或 PrivatelyDer& 到 Base&）的向上转换是安全的，不需要也不推荐进行类型转换。

然而，对于该私有继承类（PrivatelyDer）的用户来说，应该避免这种不安全的转换。因为它基于PrivatelyDer的私有实现，它可以自行改变。

24.5 保护继承和私有继承的关系是什么？

相同点：都允许重写私有/保护基类的虚函数，都不表明派生类“是一种（a kind-of）”基类。

不同点：保护继承允许派生类的派生类知道继承关系。如此，子孙类可以有效的得知祖先类的实现细节。这样既有好处（它允许保护继承的子类使用它和保护基类的关联）也有代价（保护派生类不能在无潜在破坏更深派生类的情况下改变这种关联）。

保护继承使用 : protected 语法：

 class Car : protected Engine {
 public:
   // ...
 };

24.6 私有继承和保护继承的访问规则是什么？

以这些类为例：

 class B                    { /*...*/ };
 class D_priv : private   B { /*...*/ };
 class D_prot : protected B { /*...*/ };
 class D_publ : public    B { /*...*/ };
 class UserClass            { B b; /*...*/ };

子类都不能访问 B 的私有部分。在 D_priv中，B 的公有和保护部分都是私有的。在 D_prot中，B 的公有和保护部分都是保护的。在 D_publ 中，B 的公有部分是公有的，B 的保护部分是保护的（D_publ 是一种 B）。UserClass 类仅仅可以访问 B 的公有部分。

要使 B 的公有成员在 D_priv 或 D_prot中也是公有的，则使用 B:: 前缀声明成员的名称。例如，要使 B::f(int,float)成员在 D_prot中公有，应该这样写：

 class D_prot : protected B {
 public:
   using B::f;  // 注意: 不是 using B::f(int,float)
 };