C++、Java和C#語言在處理“虛擬私有方法”上的差異

運行時動態綁定被調過程的“虛擬方法”（virtual method）機制是實現多態的關鍵技術。C++、Java和C#（按出生年月排列，上同，下同）作爲三種主流的支持對面向對象的程序設計語言，自然都提供了這種動態的方法綁定機制，在這個問題上三兄弟沒有誰是含糊的。但當“虛擬”（virtual）和“私有”（private）碰在一起時，這幾種語言在處理上卻有所不同，本文的故事就是從一段小程序說起的：

我們來看下面這段短小的C++程序

// Test.cpp #include <iostream> using namespace std; class Base { public: void f() { g(); } private: virtual void g() { cout << "Hi, MorningStar! I am g() of Base!." << endl; } }; class Derived : public Base { private: virtual void g() { cout << "Hi, MorningStar! I am g() of Derived." << endl; } }; int main() { Base *pB = new Derived(); pB->f(); delete pB; return 0; }

 

程序很簡單，我們在基類“Base”中，通過公有方法f調用了虛擬的私有方法g，而繼承自Base的Derived類中覆寫（override）了私有的方法g。

先不考慮其他，語法上有問題嗎？沒有；編譯能通過嗎？能。那運行結果是什麼呢？既然編譯能通過，那麼結果也就能猜到了，應該是：

Hi, MorningStar! I am g() of Derived.

 

沒錯，VC6.0，VC.net 2003和gcc都是這個結果。從結果來看，對私有方法g的調用在運行時綁定到了對象實際類型（Derived）的方法上，這符合虛擬函數的語義。

 

我們知道，在Java中，沒有“virtual”這麼個關鍵字，默認就是virtual，不可被覆寫的才需要加關鍵字“final”。Java中，對已被覆寫的方法如果想調用其父類的方法，則需通過特殊的關鍵字“super”調用。好了，不多說Java語法了，我們看下面一段類似的Java程序：

//Derived.java class Base { public void f() { g(); } private void g() { System.out.println("Hi, MorningStar! I am g() of Base."); } } public class Derived extends Base { private void g() { System.out.println("Hi, MorningStar! I am g() of Derived."); } public static void main(String[] args) { Base b = new Derived(); b.f(); } }

使用命令行

javac Derived.java

編譯，然後

Java Derived

運行，應該不會有什麼問題（偶是在Eclipse裏頭直接運行的：P）。結果爲：

Hi, MorningStar!, I am g() of Base.

 

雖然程序類似，但這兩中不同的語言產生的結果卻不一樣。

翻了翻C++98標準（ISO/IEC 14882）的相關章節，沒有找到任何關於此種情況的特殊描述，惟一涉及到虛擬函數訪問的第11.6節：Access to virtual functions，說的又不是這種情況。由此可見，C++語言中僅僅分別規定了public，protected和private三者的訪問控制問題和virtual方法的動態綁定問題，而對於他們的組合，沒加任何限制，換句話說，前後是兩種無關的機制，訪問控制專門負責訪問權限的問題，不管方法是不是虛擬；而虛擬只管延遲綁定的問題，不管公有、保護還是私有。於是，前面的C++程序輸出那個結果也就不足爲怪了。

然而，從面向對象的角度考慮，基類中私有的東西對外界、對繼承類都是不可見的，繼承類根本不應該知道基類中任何私有的東西，於是繼承、覆寫也應無從談起纔對，即使方法重名，那也應該僅僅看作一種巧合，Java就是這麼做的。

在Java中，private天生就是final的，我想Java的設計者至少有過上面的考慮：既然是私有，就不可見，見都見不到，何談覆寫？所以，在Java中，我們討論繼承和多態都是針對類的對外接口，包括puclic方法、protected方法和默認的friendly方法，而private是不被納入考量的，從某種意義上，Java中的private方法純粹是爲方法而方法，是一種組織代碼使之更清晰，更易維護的手段而已。

但如果僅從語法語義上考慮，而不是從面向對象的理論上考慮，或許C++更厚道一些——既然沒有限制，那麼private也可以virtual，既然可以virtual，那也就應該享受virtual級的待遇。而Java也沒什麼virtual不virtual，沒有任何語法痕跡便悶聲地規定：public/protected/friendly的是這樣，而private的是那樣。

 

最後，讓我們來看看時代的新寵，C#是怎麼做的呢？我們使用Visual Studio.net 2003新建Console應用程序，添加C#源文件，然後也可以寫類似的代碼：

//Test.cs using System; namespace Test { class Base { public void f() { g(); } private virtual void g() { Console.WriteLine("Hi, MorningStar! I am g() of Base."); } } class Derived : Base { private override void g() { Console.WriteLine("Hi, MorningStar! I am g() of Derived."); } public static void Main(String[] args) { Base b = new Derived(); b.f(); } } }  

編譯一下。完蛋了，編譯通不過！

.../Test.cs(14): “Test.Base.g()” : 虛擬成員或抽象成員不能是私有的

.../Test.cs(22): “Test.Derived.g()” : 虛擬成員或抽象成員不能是私有的

 

看來還是C#夠狠，語法上拒絕虛擬私有——那就沒啥輸出結果可以拷貝過來了。

C#從C++那裏繼承了“virtual”關鍵字，而這一點跟Java只是形式上的不同，C#中非virtual方法在很大程度上就相當於Java中的final方法。只是Java中final還用於指定類本身可否被繼承，C#使用另外一個關鍵字“sealed”做這件事。

相對來講，還是C++最靈活，它至少沒有限制這樣一種可能：基類允許派生類重新實現某個方法，卻不允許派生類直接調用基類的實現，即：我可以直接用你的（運行時綁定），但你不可以直接用我的——這一點跟protect/protected不一樣。而“重寫”與“調用”畢竟還是兩碼事，既然是兩碼事，分開考慮就不能說沒有必要。

 

總結：

C++從語法到語義上都支持可被覆寫的虛擬私有成員；

Java語法上看不出什麼痕跡，但語義上不存在可被覆蓋的私有成員；

C#從語法上直接拒絕私有方法成爲虛擬（可被覆寫）。