你所不知的private继承

本文探讨C++中Private继承的概念及其应用场景,强调Private继承与Public继承的区别,指出Private继承适用于实现细节的重用而非概念上的扩展。

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你所不知的private继承 

在C++的类中有许多种继承方式,而我们在软件设计和编写代码时用得最多的就是public继承,我们很少接触到private继承。但是我们在设计时真的有思考过什么时候应该用public继承,什么时候不该使用public继承,什么时候应该想想那些经常被我们遗忘的知识,让我们从它们被遗忘的角落里重拾它的光芒。例如private继承。


As we all know,public继承是塑模出一种is-a关系。什么是is-a的关系呢?Effective C++这样描述:如果你令class D以public形继承class B,那么每一个类型为D的对象同时也是一个类型为B的对象,反之不成立。意思是B比D表现出更一般化的概念,而D比B表现出更特殊化的概念。你主张“B对象可派上用场的地方,D对象一样可以派上用场”,因为每一个D对象都是一种(是一个)B对象。反之如果你需要一个D对象,B对象无法效劳。

还有就是我们喜欢用的virtual函数,即运行动态也是建立在public继承之上的。

在我刚学C++时,只知道private继承,使继承而来的成员(public成员和protected成员)都成为private,至于它有没有什么更深一层的意义和作用就没有去思考了,只是理想当然地把它认为是不想这些成员被它的以后的子类继承。那private继承到底意味着什么呢?

先看看下面的代码:
class Person{...};
class Student:private Person{...};
void eat(const Person &p);
Person p;
Student s;
eat(p);//正确
eat(s);//错误

再看看Effective C++的说法:
如果classes之间的继承关系是private,编译器不会自动将一个deirved class对象转换为一个base class对象。
private继承意味着implemented-in-terms-of(根据某物实现出)。如果你让class D以private继承class B,你的用意是为了采用class B内已经备妥的某些特性,不是因为B对象和D对象存在有任何观念上的关系。private继承纯粹是一种实现技术,意味着只有实现部分被继承,接口部分应该略去。如果D以private形式继承B,意思是D对象根据B对象实现而得,private继承在软件设计层面上没有意义,其意义只及于软件实现层面。

private有点has-a的感觉。它的意义与复合的意义相同。那我们的问题又产生了,什么时候用复合什么时候用private继承?答案很简单,尽可能使用复合。除了以下的2种情况:
1、private继承通常比复合的级别低。但是当derived class需要访问protected base class的成员,或需要重新定义继承而来的virtual函数时,就要用private继承。
2、private继承可以造成empty class最优化。


<think>首先,用户的问题是关于Java继承的:父类是否可以访问子类的私有(private)成员对象?我需要基于提供的引用内容来回答。 回顾引用内容: - 引用[1]:子类不能继承父类的私有成员,但可以通过protected关键字访问。 - 引用[2]:父类的所有成员变量(包括private)都会被继承,但访问权限由修饰符控制。private成员子类无法直接访问,需通过父类提供的公共方法。 - 引用[3]:子类可以继承父类的私有成员,但不能直接访问;如果父类提供公共访问方法,子类可以访问。 - 引用[4]:子类的方法可以访问父类的实例变量,但父类的方法不能访问子类的实例变量,因为父类不知道子类会添加什么成员。 - 引用[5]:关于继承的一般讨论,强调多用合成少用继承。 用户的问题是:父类能否访问子类的private成员?引用[4]直接回答了这个问题:父类的方法不能访问子类的实例变量,因为父类不知道子类会添加什么成员。 所以,核心答案是:在Java中,父类不能访问子类的私有成员,因为私有成员只在定义它们的类中可见。 现在,构建我的回答: 1. **结构清晰**:我需要逐步解释问题。 - 先解释Java的访问控制。 - 然后讨论继承中的访问规则。 - 最后直接回答用户的问题。 2. **使用中文**:所有回答必须用中文。 3. **LaTeX格式**: - 行内数学表达式用$...$,例如,如果提到变量如$n$。 - 独立公式用$$...$$,但在这个问题中,可能不需要数学公式,因为主题是Java继承。如果有必要,我可以省略或简单化。 4. **生成相关问题**:在回答末尾,添加相关问题,用§§相关问题§§标记。 5. **引用标识**:在回答中引用段落末尾添加引用标识,如[^1]。引用来自提供的参考。 6. **真实可靠**:确保回答基于Java语言规范。 关键点: - 私有成员(private)只在定义它们的类中可访问。 - 在继承中,子类继承父类的所有成员,但私有成员不能直接访问;需要通过公共或受保护的方法。 - 父类不能访问子类的私有成员,因为父类不知道子类的具体实现。 从引用[4]:"父类的方法不能访问子类的实例变量,因为父类根本无法知道它将被哪个子类继承,它的子类将会增加怎样的成员变量。" 所以,答案是:不能。 我的回答结构: - 开头:直接回答问题。 - 解释:为什么不能,基于访问控制和继承机制。 - 可能给出例子。 - 添加相关问题。 相关问题: 1. 如何在Java中实现父类访问子类成员? 2. Java中访问修饰符的作用是什么? 3. 为什么推荐使用合成而不是继承? 确保回答完整。</think>### Java继承中父类访问子类私有成员的分析 在Java继承机制中,父类**不能直接访问子类的私有(private)成员对象**。这是因为Java的访问控制规则严格限制了私有成员的可见性:私有成员仅在定义它们的类内部可访问,外部类(包括父类)无法直接访问它们。以下我将逐步解释这一规则的原因、机制和相关注意事项,帮助您清晰理解。 #### 1. **Java访问控制的基本规则** - Java的访问修饰符(如`private`、`protected`、`public`)决定了成员的可见性: - `private`成员:仅在定义它们的类中可访问,外部类(包括子类)无法直接访问。 - `protected`成员:可在同一包内或子类中访问。 - `public`成员:任何地方都可访问。 - 默认(包私有)成员:仅在同一包内可访问。 - 在继承关系中,子类会继承父类的所有成员(包括私有成员),但子类**不能直接访问**父类的私有成员,必须通过父类提供的公共方法(如getter/setter)间接访问[^2][^3]。类似地,父类也无法"反向"访问子类的私有成员,因为父类在编译时不知道子类的具体实现。 #### 2. **为什么父类不能访问子类的私有成员?** - **封装性原则**:Java强调封装性,私有成员被视为类的内部实现细节。父类作为"上层"类,不应该依赖或访问子类的具体实现,这有助于保持代码的松耦合和可维护性。 - **编译时绑定**:父类在定义时无法预知它会被哪些子类继承,以及子类会添加哪些私有成员。例如: - 父类`Parent`定义了一个方法`methodA()`。 - 子类`Child`添加了一个私有成员`private int childVar`。 - 在父类代码中,无法引用`childVar`,因为它不存在于父类的上下文中。尝试访问会导致编译错误(如"cannot find symbol")。 - 引用[4]明确指出:"父类的方法不能访问子类的实例变量,因为父类根本无法知道它将被哪个子类继承,它的子类将会增加怎样的成员变量"[^4]。 - **示例代码说明**: ```java class Parent { // 父类方法尝试访问子类成员(编译错误) public void accessChildVar() { // 以下行会报错:childVar 在 Parent 中不可见 // System.out.println(childVar); // 错误: cannot find symbol } } class Child extends Parent { private int childVar = 10; // 子类私有成员 } public class Main { public static void main(String[] args) { Child child = new Child(); // 父类方法调用失败,因为无法访问childVar child.accessChildVar(); // 编译错误 } } ``` 在此示例中,父类`Parent`的方法`accessChildVar()`试图访问子类`Child`的私有成员`childVar`,但会导致编译错误,因为私有成员对父类不可见。 #### 3. **替代方案:如何间接实现类似访问?** 虽然父类不能直接访问子类的私有成员,但可以通过以下方式间接实现: - **使用受保护(protected)或公共(public)方法**:在子类中提供公共访问方法(如getter),父类通过多态调用这些方法。 ```java class Parent { public void printChildVar(Child child) { // 通过子类的公共方法间接访问 System.out.println(child.getChildVar()); } } class Child extends Parent { private int childVar = 10; // 提供公共访问方法 public int getChildVar() { return childVar; } } ``` - 这里,父类`Parent`调用子类`Child`的公共方法`getChildVar()`来访问私有成员,避免了直接访问。 - **设计原则建议**:优先使用合成(composition)而非继承(inheritance),例如让父类持有子类的引用并通过接口访问。这符合"多用合成,少用继承"的面向对象设计原则[^5],能提高代码的灵活性。 #### 4. **总结** - **核心答案**:在Java中,父类不能访问子类的私有成员,这是由Java的访问控制机制和封装性原则决定的。私有成员仅在定义它们的子类内部可访问,父类无法直接或间接(通过继承)访问它们[^4]。 - **最佳实践**:如果需要在父类中操作子类成员,应使用受保护或公共方法暴露必要接口,或重构设计采用合成模式,以避免破坏封装性。 如果您有具体代码场景或更多细节,我可以进一步分析优化方案!
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