8.1 条款32：确定你的public继承塑模出is-a关系 (Make sure public inheritance models “is-a”)
C++最重要的一个规则是：public inheritance（公开继承）意味“is-a”（是一种）的关系。如果你令class D（“Derived”）以public方式继承class B（“Base”），你便是告诉C++编译器说，每个类型为D的对象同时也是一个类型为B的对象，反之不成立。适用于base classes身上的每一件事情一定也适用于derived class身上。但是有这样的一个例子，企鹅（penguin）是一种鸟，鸟可以飞，但是企鹅不能飞。我们以继承关系，它塑模出较佳的真实性，如下：
class Bird {
。。。 //没有声明fly函数
};
class FlyingBird:public Bird{
public:
virtual void fly();
…
};
class Penguin : public Bird{ //没有声明fly函数
…
};
示例8-1-1 企鹅不会飞
此刻，企鹅是鸟，但是不能飞。
世界上并不存在一个“适用于所有软件”的完美设计。所谓最佳设计，取决于系统希望做什么事，包括现在和未来。
class Bird {//声明fly函数
public:
virtual void fly();
};
class Penguin : public Bird{
public:
virtual void fly() { error();}
};
示例8-1-2 企鹅尝试飞，是一种错误
另有一种实现派别是，企鹅可以尝试飞，但是那么做是一种错误。“企鹅不会飞”这个限制可由编译期间强制实施，但是“企鹅尝试飞行，是一种错误”这条规则，只有运行期间才能检测出来。
条款18说过，好的借口可以防止无效的代码通过编译，因此我们更偏重于“企鹅不会飞”的设计。
is-a并非是唯一存在于class之间的关系。另外两个常见的关系是has-a（有一个）和is-implementation-in-terms-of（根据某物实现出）。分别在条款38和39讨论。
8.2 条款33：避免遮掩继承而来的名称 (Avoid hiding inherited names)
C++的名称遮掩规则所作的唯一事情，就是遮掩名称，不管名称是否有相同的类型，用内层作用域的名称遮掩外层作用域的名称。Derived classes的名称会遮掩base classes的名称。成员函数被重载的特征：
（1）相同的范围（在同一个类中）；
（2）函数名字相同；
（3）参数不同；
（4）virtual关键字可有可无。
（5）返回值可以不同。
覆盖是指派生类函数覆盖基类函数，特征是：
（1）不同的范围（分别位于派生类与基类）；
（2）函数名字相同；
（3）参数相同；
（4）基类函数必须有virtual关键字。
“隐藏”是指派生类的函数屏蔽了与其同名的基类函数，规则如下：
（1）如果派生类的函数与基类的函数同名，但是参数不同。此时，不论有无virtual关键字，基类的函数将被隐藏（注意别与重载混淆）。
（2）如果派生类的函数与基类的函数同名，并且参数也相同，但是基类函数没有virtual关键字。此时，基类的函数被隐藏（注意别与覆盖混淆）。
下例是derived class作用域被嵌套在base class作用域内，如
class Base {
public:
virtual void mf1()=0;
virtual void mf2();
void mf3();
…
private:
int x;
};
class Derived:public Base{
public:
virtual void mf1();
void mf4();
…
};
void Derived:: mf4{
mf2();
};
示例8-2-1 名称被遮掩-
编译器的做法是查找local作用域(也就是mf4覆盖的作用域)，是否有mf2；查找其外围作用域，也就是class Derived覆盖的作用域，继续往外围移动，本例是base class，查找内含Base class的那个namespaces的作用域，最后查global作用域。
class Base {
public:
virtual void mf1()=0;
virtual void mf1(int);
virtual void mf2();
void mf3();
virtual void mf3(double);
…
private:
int x;
};
class Derived:public Base{
public:
virtual void mf1();
void mf3();
void mf4();
…
};
void Derived:: mf4{
mf2();
};
//使用
Derived d;
int x;
d.mf1(); //ok,调用Derived::mf1
d.mf1(x); //error,因为Derived::mf1遮掩了Base::mf1
d.mf2(); //ok,调用Base::mf2
d.mf3(); //ok,调用Derived::mf3
d.mf3(x); //error,因为Derived::mf3遮掩了Base::mf3
示例8-2-2 名称被遮掩二
解决之道之一，使用using 声明式：
class Derived:public Base{
public:
using Base::mf1; //让Base class内名为mf1和mf3的所有东西
using Base::mf3; //在Derived class作用域可见
virtual void mf1();
void mf3();
void mf4();
…
};
//使用
Derived d;
int x;
d.mf1(); //ok,调用Derived::mf1
d.mf1(x); //ok,因为调用Base::mf1
d.mf2(); //ok,调用Base::mf2
d.mf3(); //ok,调用Derived::mf3
d.mf3(x); //ok,因为调用Base::mf3
示例8-2-3 名称被遮掩三
解决之道之二，使用转交函数（forwarding function）：
class Derived:private Base{
public:
virtual void mf1(){ //转交函数，暗自成为inline，见条款30
Base::mf1();
};
…
};
//使用
Derived d;
int x;
d.mf1(); //ok,调用Derived::mf1
d.mf1(x); //error, 因为Derived::mf1遮掩了Base::mf1
示例8-2-4 名称被遮掩四
Inline转交函数的另一个用途是为那些不支持using声明式的老旧编译器另辟一条新路，将继承而得的名称汇入derived class作用域内。
8.3 条款34：区分借口继承和实现继承 (Differentiate between inheritance of interface and inheritance of implementation)
Public继承是由两部分组成：函数接口（function interfaces）继承和函数实现（function implementation）继承。身为class设计者，有时候希望derived class只继承成员函数接口；有时候希望同时继承函数接口和实现；有时候希望覆写他们所继承的实现；有时候希望derived classes同时继承函数的接口和实现，但是不允许覆写任何东西。
class Shape {
public:
virtual void draw() const = 0;
virtual void error(const std::string &msg);
void objectID() const;
…
};
class Rectangle:public Shape {…};
class Ellipse:public Shape {…};
//使用
Shape *ps = new Shape; //error,Shape是抽象的
Shape *ps1 = new Rectangle;
ps1->draw();
shape ps2 = new Ellipse;
ps2->draw();
ps1->Shape::draw();
ps2->Shape::draw();
示例8-3-1 名称被遮掩四
? 成员函数的接口总是会被继承。
Shape class声明了三个函数，都被继承下来。
? 声明一个pure virtual函数的目的是为了让derived classes只继承函数接口。
你必须提供一个draw哈思楠，但是不干涉你怎么实现它。
? 声明简朴的非纯虚（impure virtual）函数的目的，是让derived classes继承该函数的接口和缺省实现。
避免将所有成员函数声明为virtual。某些函数就是不该在derived class中被重新定义。
? 声明non-virtual函数的目的是为了令derived classes继承函数的接口及一份强制性实现。
每个Shape对象都有一个用来产生对象识别码的函数，此识别码总是采用相同的计算方法，该方法用Shape::objected的定义式决定。
由于non-virtual函数代表的意义是不变性（invariant）凌驾特异性（specialization），所以它绝不会在derived class中被重新定义的。
避免将所有函数声明为non-virtual，否则，会使得derived classes没有余裕空间进行特化工作。
8.4 条款35：考虑virtual函数以外的其他选择 (consider alternatives to virtual functions)
假设你正在写一个视频游戏软件，你打算为游戏内的人物设计一个继承体系。你因此决定提供一个成员函数healthValue，它会返回一个整数，表示人物的健康程度。于是，将healthValue声明为virtual是再明白不过的做法（条款34）：class GameCharacter {
public:
virtual int healthValue() const; //返回人物的健康指数,
//derived classes可重新定义它
};
示例8-4-1 healthValue的虚函数声明
? 借由Non-Virtual Interface手法实现Template Method模式。
该流派的拥护建议是，较好的设计是保留healthvalue为public成员函数，但是让它成为non-virtual，并调用一个private函数进行实际的工作。
class GameCharacter {
public:
virtual int healthValue() const //derived class不重新定义它，条款36
{
。。。//做一些事前工作，锁定互斥器，日志记录，验证class约束条件
int ret = doHealthVaule(); //做真正的工作
… ///做一些事后工作，解除锁定，再次验证class约束条件
return ret;
}
private:
virtual int doHealthValue const //derived classes可重新定义它
{
… //缺省算法，计算健康指数
}
};
示例8-4-2 healthValue的NVI手法
这一基本设计，也就是“令客户通过public non-virtual成员函数间接调用private virtual函数”，称为non-virtual interface（NVI）手法。它是所谓Template Method设计模式（与C++templates并无关联）的一个独特表示形式。我把这个non-virtual函数（healthValue）称为virtual函数的外覆器（wrapper）。
在NVI手法下其实没有必要让virtual函数一定得是private。“重新定义virtual函数”表示某些事“如何被完成”，“调用virtual函数“则表示它”何时“被完成。这些事情都是独立不相干的。
? 借由Function Pointers实现Strategy模式。
另一个更戏剧性的设计主张是“人物健康指数的计算与人物类型无关“。例如，我们可能要求每个人物的构造函数接收一个指针，指向一个健康计算函数，而我们可以调用该函数进行实际计算。
class GameCharacter; //前置声明
//计算健康指数的缺省算法
int defaultHealthCalc(const GameCharacter &gc);
class GameCharacter {
public:
typedef int (*HealthCalcFunc)(const GameCharacter &);
explicit GameCharacter(HealthCalcFunc hcf = defaultHealthCalc)
:healthFunc(hcf)
{}
int healthVaule() const
{ reurn healthFunc(*this);}
private:
HealthCalcFunc healthFunc;
};
示例8-4-3 healthValue的Function Pointers手法
这个做法是常见的Strategy设计模式的简单应用。它还提供了某些有趣弹性（优点）：
1）同一人物类型之不同实体可以有不同的健康计算函数。例如
2）某已知人物之健康指数计算函数可在运行期变更。例如GameCharacter可提供一个成员函数setHealthCalculator，用来替换当前的健康指数计算函数。
这种设计，如果需要non-public信息进行精确计算，就需要public member成员函数提供相应的访问权限。实际上任何时候当你将class内的某个机能（也许取道某个成员函数）替换为class外部的某个等价机能（也许取道某个non-member，non-friend函数或另个class的non-friend成员函数），这都是潜在争议点。
一般而言，唯一能够解决“需要以non-member函数访问class的non-public成分“的办法就是：弱化class的封装。例如，class可声明那个non-member函数为friends。
? 借由trl::function实现Strategy模式。
如果我们不再使用函数指针，而是改用一个类型为trl::function的对象。如下
class GameCharacter; //前置声明
//计算健康指数的缺省算法
int defaultHealthCalc(const GameCharacter &gc);
class GameCharacter {
public:
// HealthCalcFunc可以是任何可调用物，可被调用并接受任何兼容于
//GameCharacter植物，返回任何兼容于int的东西
typedef std::trl::function <int (const GameCharacter &)> HealthCalcFunc;
explicit GameCharacter(HealthCalcFunc hcf = defaultHealthCalc)
:healthFunc(hcf)
{}
int healthVaule() const
{ reurn healthFunc(*this);}
private:
HealthCalcFunc healthFunc;
};
示例8-4-4 healthValue的Function Pointers手法
如你所见，HealthCalcFunc是个typedef，用来表现trl::function的某个具现体，意味该具现体的行为像一般的函数指针。<int (const GameCharacter &)>的红色部分是具现体（instantiation）的目标签名式（target signature）。这个trl::function所产生的对象可以持有任何与此签名时兼容的可调用物（callable entity）。所谓兼容，意思就是这个可调用物的参数可被隐式转换为const GameCharacter &，而其返回类型可被隐式转为int。
和前一个设计相比，这个设计几乎相同，唯一不同的是GameCharacter持有一个trl::function对象，相当于一个指向函数的泛化指针，更具有弹性。
short calchealth(const GameCharater &); //健康计算函数，返回类型为non-int
struct healthcalculator{ //健康计算函数对象
int operator()(const GameCharater &) const
{…}
};
class GameLevel{
public:
//成员函数，计算健康，返回类型为non-int
float health (const GameCharacter &gc) const;
};
class EvilBadGuy:public GameCharacter{ //同前
。。。
};
//另一个人物类型，假设构造函数与EvilBadGuy同
class EyeCandyCharacter:public GameCharacter{
。。。
};
//人物1，使用某个函数计算健康指数
EvilBadGuy ebg1(calchealth);
//人物2，使用某个函数对象计算健康指数
EyeCandyCharacter ecc1(healthcalculator());
//人物3，使用某个成员函数计算健康指数
GameLevel currentLevel;
EvilBadGuy ebg2(std::trl::bind(&GameLevel::health, currentLevle, _1) ));
示例8-4-5 healthValue的Function Pointers手法的应用弹性
“_1”意味“当ebg2调用GameLevel::health时系以currentLevel作为GameLevel对象“。
? 古典的Strategy模式。
典型的Strategy会将健康计算做成一个分离的继承体系中的virtual成员函数。
图例8-4-1 类设计图
如果你未精通UML符号，这图的意思是：GameCharater是某个继承体系的根类，体系中EvilBadGuy 和EyeCandyCharacter都是derived classes；HealthCalcFunc是另一个继承体系的根类，体系中SlowHealthLoser和FastHealthLoser都是derived classes。每一个GameCharater对象都内含一个指针，指向来自HealthCalcFunc继承体系的对象。
class GameCharacter; //前置声明
class HealthCalcFunc{
public:
virtual int calc(const GameCharater & gc) const
{…}
};
HealthCalcFunc defaultHealthCalc;
class GameCharacter {
public:
explicit GameCharacter(HealthCalcFunc phcf = &defaultHealthCalc)
:pHealthFunc(phcf)
{}
int healthVaule() const
{ reurn pHealthFunc->calc()(*this);}
private:
HealthCalcFunc *pHealthFunc;
};
示例8-4-6 healthValue的Function Pointers手法的应用弹性
这个解法的吸引力在于，熟悉标准Strategy模式的人很容易辨认它，而它还提供“将一个既有的健康算法纳入使用“的可能性——只要为HealthCalcFunc继承体系添加一个derived classes即可。
8.5 条款36：绝不重新定义继承而来的non-virtual函数 (Never redefine a function 's inherited non-virtual function)
假设class D系由class B以public形式派生而来。class Base {
public:
void mf();
…
};
class Derived:public Base{
public:
void mf(); //遮掩了B::mf，条款33
…
};
D x;
B* pB = &x;
D* pD = &x;
pB->mf(); //调用B::mf
pD->mf(); //调用D::mf
示例8-5-1 名称遮掩
造成次一两面行为的原因是，non-virtual函数如B::mf和D::mf都是静态绑定（statically bound，条款37）。而virtual函数却是动态绑定（dynamicallly bound，条款37）。如果mf是个virtual函数，不论通过pB或pD调用mf，都会导致调用D::mf,因为pB和pD真正指的都是类型为D的对象。
所以，绝不重新定义继承而来的non-virtual函数。如果mf是B的一个non-virtual函数，B的derived classes一定会继承mf的接口和实现。
8.6 条款37：绝不重新定义继承而来的缺省参数值(Never redefine a function 's inherited default parameter value)
对象的所谓静态类型（static type），就是它在程序中被声明时所采用的类型。class Shape {
public:
enum ShapeColor{Red, Green, Blue} ;
virtual void draw(ShapeColor color = Red) const = 0;
…
};
class Rectangle:public Shape {
public:
virtual void draw(ShapeColor color = Green) const; //糟糕
…
};
class Circle:public Shape {
public:
virtual void draw(ShapeColor color) const ;
//请注意：当客户以对象调用此函数，一定要指定参数值，
//因为静态绑定下这个函数并不从其base继承缺省参数
//但是若以指针或reference调用次函数，可以不知道参数值
//因为动态绑定下这个函数会从其base继承缺省参数
…
};
Shape *ps; //静态类型为shape*
Shape *pc = new Circle; //静态类型为shape*
Shape *pr = new Rectangle; //静态类型为shape*
D* pD = &x;
pB->mf(); //调用B::mf
pD->mf(); //调用D::mf
示例8-6-1 静态类型与动态类型
本例中，ps，pc和pr都被声明为pointer-to-shape类型，所以他们都以它为静态类型，不论它们真正指向什么，他们的静态类型都是shape*。
对象的所谓动态类型（dynamic type）则是指“目前所指对象的类型“。上例中，pc的动态类型是Circle*，pr的动态类型是Rectangle*，而ps没有动态类型，因为它尚未指向任何对象。
动态类型可以在程序执行过程中改变（通常是经由赋值动作）。
ps = pc; //ps的动态类型是Circle*
ps = pr; // ps的动态类型是Rectangle*
virtual函数系动态绑定而来，意思调用一个virtual函数时，究竟调用哪份函数实现代码，取决于发出调用的那个对象的动态类型。
pc->draw(Shape::Red); //调用Circle::draw(Shape::Red)
pr->draw(Shape::Red); //调用Rectangle::draw(Shape::Red)
Virtual函数时动态绑定，而缺省参数却是静态绑定。 意思是调用一个定义域derived class内的virtual函数的同时，却使用了base class为它所指定的缺省参数值：
pr->draw(); //调用Rectangle::draw(Shape::Red)，
//本意是Rectangle::draw(Shape:: Green)
以上事实不只局限于ps，pc和pr是指针情况，也符合reference的情况。
8.7 条款38：通过复合塑模出has-a或“根据某实物实现出” (Mode "has-a" or " is-implementation-in-terms-of" through composition)
复合(composition)是类型之间的一种关系，当某种类型的对象内含它种关系类型的对象，便是这种关系。程序中的对象其实相当于你所塑造的世界中的某些事物，例如人，气场，一张张视频画面等，这样的对象属于应用域（application domain）。其他对象则纯粹是实现细节上的人工制品，像是缓冲区，互斥器和查找树等等，这些对象相当于软件的实现域（implementation domain）。在应用域，复合意味has-a（有一个）。在实现域，复合意味is-implementation-in-terms-of（根据某物实现出）。
假设你需要一个template，希望做一组classes用来表示由不重复对象组成的sets。直觉是采用STL的set template。但是，set的实现往往招致每个元素好用三个指针，因为sets以平衡查找树实现而成，使他们在查找、安插、移除元素时保证拥有对数时间效率。但是空间有限，只好自己设计一个set template，底层采用linked lists。而此时就是复用std::list。也就是set<T>继承list<T>。但是list可以含有重复元素，而set不能含有重复元素。因此，“set是一种list“并不是真。也就不能用public继承塑模它们。而正确的做法是，set对象可 根据一个list对象实现出来。这就是is-implementation-in-terms-of。
8.8 条款39：明智而审慎地使用private继承(Use private inheritance judiciously)
大多数继承相当于is-a，这是指public继承，不是private继承。复合和private继承都意味着is-implementation-in-terms-of，但是复合交易理解，所以无论什么时候，只要可以，你还是应该选择复合。当你面对“并不存在is-a关系“的两个classes，其中一个需要访问另一个的protected成员，或需要重新定义一个或多个virtual函数，private继承就派上用场。还有一种激进情况，当你所处理的class不带任何数据，也可以使用private继承。第一：如果classes之间的继承关系是private，编译器不会自动将一个derived class对象（例如Student）转换为一个base class对象（例如Person）。第二：由private base class继承而来的所有成员，在derived class中都会变成private属性，纵使它们在base class中原本是protected或public属性。
Private继承纯粹只是一种实现技术，在软件“设计“层面上没有意义，其意义只及于软件实现层面。
假设我们的程序涉及Widgets，还需要一个统计功能。为了让Widget重新定义Timer内的虚函数，Widget必须继承自Timer，但是public在此例不适当，因为Widget并不是一个Timer，如下：
class Timer{
public:
explicit Timer(int tickFrequency);
virtual void onTick() const; //定时器每滴答一次，此函数自动被调用一次
…
};
class Widget:private Timer{
private:
virtual void onTick() const; //借由private继承，Timer的public属性
//变成private,而我们放在private内，避免误导客户
…
};
示例8-8-1 private继承
如果我们觉得以复合取而代之，也是可以的，如下：
class WidgetTimer:public Timer{
public:
virtual void onTick() const;
…
};
class Widget{
private:
WidgetTimer timer;
…
};
示例8-8-2 复合
我们之所以选在复合，原因如下
? 你或许会想设计Widget使它得以拥有derived classes，但是同时你可能会想阻止derived classes 重新定义onTick。
如果Widget继承自Timer，上面的想法就不可能实现，即使是private继承也不行。
? 你或许会想要将Widget的编译依存性降至最低。
如果Widget继承Timer，当Widget被编译时Timer的定义必须可见。
但是你所处理的class不带任何数据，偏向使用private继承。
class Empty {}; //没有数据
//应该只需要一个int空间
class HoldsAnInt:private Empty{
private:
int x;
…
}; class Empty {}; //没有数据
class HoldsAnInt{ //应该只需要
private: //一个int空间
int x;
Empty e;
…
};
示例8-8-3(a) private继承 示例8-8-3(b))组合
在8-8-3（b）中，sizeof(HoldsAnInt) > sizeof(int),原因是大多数编译器sizeof(Empty)获得1，面对“大小为零之独立（非附属）对象“，C++官方勒令默默安插一个char到空对象中。
在8-8-3（a）中，sizeof(HoldsAnInt) =sizeof(int)，这是所谓的EBO（empty base optimization，空白基类最优化）。EBO一般只在单一继承下才可行。
但是，现实的“empty“ classes并不是真的是Empty。虽然它们从未拥有non-static成员变量，却往往内含typedef，enums，static成员变量，或non-virtual函数。
这是与复合的不同之处，private继承可以造成empty classes base最优化。这对于”对象尺寸最小化“的程序开发者而言，可能很重要。
8.9 条款40：明智而审慎地使用多重继承 (Use multiple inheritance judiciously)
多重继承需要清楚的一件事，当MI（multiple inheritance）进入设计景框，程序有可能从一个以上的base classes继承相同的名称（如函数，typedef等）。它可能导致新的歧义性，以及对virtual继承的需要。比如，钻石型多重继承。
图例8-9-1 钻石型多重继承
假设File类有成员变量filename，那IOFile该有多个份这个名称的数据呢？从继承来说，IOFile对象只该有一个文件名称。为了这样做，你必须令所有直接继承base class的derived class采用“virtual继承”。
class File{};
class InputFile: virtual public File{};
class OutputFile: virtual public File{};
class IOFile: virtual public InputFile, virtual public OutputFile {};
示例8-9-1 virtual继承
为了避免继承得来的成员变量重复，编译器必须提供诺干戏法，而其后果是：使用virtual继承的那些classes所产生的对象往往比使用non-virtual继承的兄弟们体积大，访问virtual base classes的成员变量时，也比访问non-virtual base classes的成员变量速度慢。Virtual base的初始化责任是由继承体系的最底层class负责。
所以，我们的忠告是：第一，非必要不要使用virtual base。第二，如果必须使用virtual base classes，尽可能避免在其中放置数据。
class IPerson {
public:
virtual ~IPerson();
virtual std:string name() const = 0;
virtual std:string birthDate() const = 0;
};
class DatabaseID{…};
class PersonInfo {
public:
explicit PersonInfo(DatabaseID pid);
virtual ~PersonInfo();
virtual const char* theName() const;
virtual const char* theBirthDate() const;
virtual const char* valueDelimOpen() const;
virtual const char* valueDelimClose() const;
…
};
const char* PersonInfo::valueDelimOpen() const
{
return "[";
}
const char* PersonInfo::valueDelimClose() const
{
return "]";
}
const char* PersonInfo::theName() const
{
static char value[NAME_LEN_MAX];
std::strcpy(value, valueDelimOpen());
… //将value的字符串添加到这个对象的name成员变量中
std::strcat(value, valueDelimClose());
return value;
}
class CPerson:public IPerson,private PersonInfo{
public:
explicit CPerson(DatabaseID pid):PersonInfo(pid){}
//实现必须的IPerson的成员函数
virtual std::string name const
{ return PersonInfo::theName();}
virtual std::string birthDate const
{ return PersonInfo::theBirthDate();}
private:
//重新定义继承而来的virtual函数
const char* valueDelimOpen() const {return "";}
const char* valueDelimClose() const{ return "";}
};
示例8-9-2 多重继承
IPerson类是抽象类，只提供接口。早有PersonInfo类的存在，可以为CPerson类提供所需的实质东西。CPerson和PersonInfo的关系是is-implementation-in-terms-of。而实现这种关系有两种技术：复合和private继承。复合虽然比较受欢迎，但是如果需要重新定义virtual函数，那么继承是必要的。本例需要重新定义valueDelimOpen和valueDelimClose，所以单纯的复合无法应对。但是CPerson也必须实现Iperson接口，那需得以public继承才能完成。
所以，多重继承的正当用途之一是，涉及“public继承某个Interface class”和“private继承某个协助实现的class”的两项组合。