私有繼承 vs 公有繼承
公有繼承繼承的是接口與實現,它表示了類與類之間is-a的關係。而私有繼承繼承的僅僅是實現,它表示了has-a (或者 is-implemented-in-terms-of)的關係。
在公有繼承中,基類的公有成員在派生類中仍然公有,基類擁有的接口完整無缺地傳給了派生類,也就是說基類對象出現的每一個地方都可以用派生類對象替換(is-a)。因此,編譯器可以安全地把派生類對象的引用、指針隱式轉換爲基類對象的引用、指針。而在私有繼承中,基類的公有和保護成員在派生類中變成了私有,從外界來看,派生類對象不再擁有基類的行爲。因此,編譯器不會做類似的轉換。同樣,對象切片(object slicing)也只有在公有繼承中才會出現。
私有繼承隱藏了基類的接口,但這些被隱藏的函數在派生類的成員函數中是可以調用的。所以,你在實現派生類函數的時候可以調用基類對象函數來完成部分功能(is-implemented-in-terms-of)。下面這個例子中,企鵝類私有繼承了鳥類。沒有公有繼承是因爲企鵝並不是嚴格意義上的鳥,因爲它們不會飛。如果我們要求所有的企鵝在走完路以後都要蹦一下,我們完全可以重用基類的Bird::walk來完成走路這個子過程。
- class Bird
- {
- public:
- void fly();
- void walk();
- };
- class Penguin: private Bird
- {
- public:
- // walk()作爲函數實現,其本身對於外界不可見
- void jumpAfterWalk() { walk(); jump(); }
- private:
- void jump();
- };
實際上,私有繼承只是實現 has-a 的方式之一,對象組合(composition/aggregation/containment)同樣可以達到相同的目的。還是考慮企鵝的例子,鳥類對象作爲了企鵝類的一個私有成員,企鵝的行走動作是通過調用該私有成員(b)的公有成員函數(walk)來完成的。企鵝和鳥對象之間是一種包含關係。
- class Bird
- {
- public:
- void fly();
- void walk();
- };
- class Penguin
- {
- public:
- void jumpAfterWalk() { b.walk(); jump(); }
- private:
- void jump();
- Bird b;
- };
組合的優點
(一)組合相對於繼承來說耦合度較小,特別是當Penguin類hold了一個Bird對象的指針而非對象時。這時候包含Penguin定義的頭文件甚至都不用包含Bird.h而只用一個向前聲明即可。這樣的好處是,當Bird的內部實現發生變化時,Penguin類不需要重新編譯。這在大型項目中非常重要。- // bird.h
- class Bird
- {..};
- // penguin.h
- class Bird;
- class Penguin
- {
- ..
- private:
- Bird *b;
- };
私有繼承的優點
(一)你要繼承一個類,但只希望保留其中的部分公用接口。首先,公有繼承肯定不合適,因爲基類接口必須全部保留。用組合可以實現,但是由於組合不會把子對象的接口暴露出來,你需要重新定義那些你希望保留的接口。爲了實現接口,你需要調用子對象的相應函數。相比較之下,私有繼承就簡單很多。因爲基類的接口派生類都有,只不過是私有的,重新把它們聲明爲公有即可。比如下面這個例子,派生類只希望暴露f1和f2這兩個接口。- class Base
- {
- public:
- void f1();
- void f2();
- void f3();
- };
- // 使用私有繼承,暴露部分接口的工作變得非常簡單
- class Derived1: private Base
- {
- public:
- using Base::f1;
- using Base::f2;
- };
- // 使用組合,稍微複雜些
- class Derived2
- {
- public:
- void f1() { b.f1(); }
- void f2() { b.f2(); }
- private:
- Base b;
- };
- class Base
- {
- public:
- void f1() { vf(); } // 相當於this->vf(),運行時多態
- protected:
- virtual void vf() { cout << "Base::vf()\n"; }
- };
- class Derived: private Base
- {
- public:
- void f2() { f1(); }
- private:
- virtual void vf() { cout << "Derived::vf()\n"; }
- };
- int main()
- {
- Derived d;
- d.f2(); // 打印 "Derived::vf()"
- }
- class noncopyable
- {
- protected:
- noncopyable() {}
- ~noncopyable() {}
- private: // emphasize the following members are private
- noncopyable( const noncopyable& );
- const noncopyable& operator=( const noncopyable& );
- };
- class MyClass: private boost::noncopyable
- {..}
- int main
- {
- MyClass d1, d2;
- d1 = d2; // 編譯出錯
- }
(四)最後,當你需要用到一個類保護成員的時候,不得不用私有繼承。因爲保護成員對於外界不可見,但對於派生類可見。
虛析構函數的思考
當私有繼承一個基類時,派生類對象不再是基類對象,編譯器也不會執行隱式類型轉換,因此也不會出現通過基類指針釋放派生類對象的問題。所以,如果你寫了一個類不打算做基類,或者只打算作爲以後派生類的實現(私有繼承),那麼大可不必有虛析構函數。上面的 boost::noncopyable 就是一個例子。
小結:
- 私有繼承中,基類所有的成員在派生類中都爲私有。編譯器也因此不會做從派生類到基類的隱式類型轉換。
- 公有繼承表示 is-a 的關係,私有繼承表示has-a 或 is-implemented-in-terms-of 的關係。
- 私有繼承和組合都表示 has-a 關係,各有千秋。一般來說,能用組合儘量用組合,因爲它鬆耦合,維護也比較簡單直觀。當必須使用私有繼承時才使用它。