Java vs C++：子類覆蓋父類函數時縮小可訪問性的不同設計 頂 原 薦

Java 和 C++ 都是面向對象的語言，允許對象之間的繼承。兩個語言的繼承都設置有允許子類覆蓋父類的“虛函數”，加引號是因爲 Java 中沒有虛函數這一術語，但是我們的確可以把 Java 的所有函數等同於虛函數，因爲 Java 類的所有非 static 函數都可以被子類覆蓋，這裏僅借用“虛函數”這一名詞的含義，不深究語言的術語問題。

Java 和 C++ 都允許在子類覆蓋父類時，改變函數的可訪問性。所謂“可訪問性”，就是使用 public 、protected、private 等訪問控制符進行修飾，用來控制函數能否被訪問到。通常可訪問性的順序爲（由於 C++ 中沒有包的概念，因此暫不考慮包訪問控制符，這並不影響這裏的討論）：

public > protected > private

以 Java 爲例：

class Base {
    protected void sayHello() {
        System.out.println("Hello in Base");
    }
}

class Child extends Base {
    public void sayHello() {
        System.out.println("Hello in Child");
    }
}

注意這裏的 sayHello() 函數，父類 Base 中，該函數使用 protected 訪問控制符進行修飾，而子類將其改用 public，這不會有任何問題。子類對父類函數覆蓋時，擴大可訪問性，通常都不是問題。

本文要講的是，當子類對父類函數覆蓋的可訪問性縮小時，Java 和 C++ 採取了不同的策略。

首先以 Java 爲例，看下面的代碼：

class Base {
    public void sayHello() {
        System.out.println("Hello in Base");
    }
}

class Child extends Base {
    private void sayHello() {
        System.out.println("Hello in Child");
    }
}

上面的代碼中，第 8 行 **private void sayHello() {**會有編譯錯誤，導致這段代碼根本不能通過編譯。因爲 Java 不允許子類在覆蓋父類函數時，縮小函數的可訪問性，至於原因，我們可以用一個例子來說明。

例如我們在外部調用時使用下面的代碼：

Base base = new Base();
base.sayHello();
base = new Child();
base.sayHello();

假如之前的代碼可以通過編譯，那麼就存在這麼一種可能：由於 Java 是運行時綁定，當 base 指向 new Base() 時， sayHello() 是可以訪問到的，但是當 base 指向 new Child() 時，sayHello() 卻無法訪問到！在 Java 看來這是一個矛盾，應該避免出現這種問題，因此，Java 從編譯器的角度規定我們不能寫出上面的代碼。

而在 C++ 中，情況就不同了，來看 C++ 的例子：

class Base {
public:
    virtual void sayHello() {
        std::cout << "Hello in Base";
    }
}

class Child : public Base {
private:
    void sayHello() {
        std::cout << "Hello in Child";
    }
}

這段代碼在 C++ 中是完全正確的，可以通過編譯。注意，這裏的子類在覆蓋父類函數時，縮小了可訪問性。如果你沒有看出有什麼問題，那麼我們完全可以在外部調用時使用下面的代碼：

Child child;
child.sayHello(); // 不能通過編譯，因爲 sayHello() 是 private 的
static_cast<Base&>(child).sayHello(); // 可以通過編譯，因爲 sayHello() 是 public 的

第 2 行調用是失敗的，因爲在 Child 中，sayHello() 是 private 的，不能在外部調用。然而，當我們使用 static_cast 運算符將 Child 強制轉換成 Base 類型時，事情發生了改變——對於 Base 而言，sayHello() 是 public 的，因此可以正常調用。

針對這一點，C++ 標準的《Member access control》一章中《Access to virtual functions》一節可以找到如下的例子：

class B {
public:
    virtual int f();
};
class D : public B {
private:
    int f();
};
void f() {
    D d;
    B* pb = &d;
    D* pd = &d;
    pb->f(); // OK: B::f() is public, D::f() is invoked
    pd->f(); // error: D::f() is private
}

對此，C++ 標準給出的解釋是：

Access is checked at the call point using the type of the expression used to denote the object for which the member function is called ( B* in the example above). The access of the member function in the class in which it was defined (D in the example above) is in general not known.

簡單翻譯過來有兩條要點：

• 訪問控制是在調用時檢查的，也就是說，誰調用了這個函數，就檢查誰能不能訪問這個函數。
• 成員函數的可訪問性一般是不知道的，也就是說，運行時檢查可訪問性時，並不能知道這個函數在定義時到底是 public 的還是 private 的。

正因如此，C++ 的調用方可以通過一些技巧性轉換，“巧妙地”調用到原本無法訪問的函數。一個現實的例子是：在 Qt 裏面，QObject::event() 函數是 public 的，而其子類 QWidget 的 event() 函數則改變成 protected。具體細節可以閱讀 Qt 的相關代碼。

總結來說，在子類覆蓋父類函數時，Java 嚴格限制了子類不能縮小函數可訪問性，但 C++ 無此限制。

個人認爲，從軟件工程的角度來說，Java 的規定無疑更具有工程上面的意義，函數的調用也更加一致。C++ 的標準則會明顯簡化編譯器實現，但是對工程而言並不算很好的參考。畢竟，一個明顯標註了 private 的函數，無論任何情況都不應該允許在外部被調用。

PS：C++ 標準的正式版是需要購買的，但是草案可以免費下載。C++ 標準草案的下載地址可以在下面的頁面找到：https://isocpp.org/std/the-standard

作者介紹

程樑，軟件工程師。目前專注於 Angular 項目研發，同時對 Java 服務器端開發、Qt 桌面開發等都有濃厚的興趣，個人博客 https://www.devbean.net。

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