Effective C++ 条款39：明智而审慎地使用 private 继承

条款39：明智而审慎地使用 private 继承

private 继承 是一种特殊的继承方式，其主要特点包括：

1. 无隐式转换：如果类之间的继承关系是 private，编译器不会自动将 derived class 的对象转换为 base class 的对象。
2. 成员访问权限变化：由 private base class 继承而来的所有成员，在 derived class 中都会变为 private 属性，即使它们在 base class 中是 public 或 protected 的。

与 复合 (composition) 不同，private 继承还支持特定的优化，如 empty base 最优化 (Empty Base Optimization, EBO)。这是实现轻量级对象的重要技术，尤其在一些性能敏感的程序库开发中。

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示例 1：private 继承无隐式转换

class Base {
public:
    void display() const {
        std::cout << "Base display" << std::endl;
    }
};

class Derived : private Base {
public:
    void show() const {
        display(); // Derived 可以访问 Base 的成员
    }
};

int main() {
    Derived d;
    d.show();
    // d.display(); // 错误：Base 的成员在 Derived 中是 private 的
    return 0;
}

在这个例子中，Derived 从 Base 继承了 display，但客户代码不能直接访问它，因为 private 继承使得 Base 的成员变为 Derived 的私有成员。

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示例 2：private 继承 vs 复合

复合版本：

class Base {
public:
    void display() const {
        std::cout << "Base display" << std::endl;
    }
};

class Derived {
public:
    void show() const {
        base.display(); // 使用复合的 Base 对象
    }

private:
    Base base; // 复合关系
};

private 继承版本：

class Base {
public:
    void display() const {
        std::cout << "Base display" << std::endl;
    }
};

class Derived : private Base {
public:
    void show() const {
        display(); // 直接访问 Base 的成员
    }
};

两者的主要区别在于，复合关系 更适合描述 “has-a” 关系，而 private 继承 更适合描述 “is-implemented-in-terms-of” 关系。

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示例 3：empty base 最优化 (EBO)

当基类为空时，private 继承可以避免不必要的内存开销。以下示例展示了 EBO 的效果：

class EmptyBase {};

class Derived : private EmptyBase {
public:
    int value;
};

int main() {
    std::cout << "Size of EmptyBase: " << sizeof(EmptyBase) << std::endl;
    std::cout << "Size of Derived: " << sizeof(Derived) << std::endl;
    return 0;
}

在此例中，Derived 类继承自 EmptyBase，但其大小可能与 int 相同。这是因为编译器可以利用 EBO 消除空基类的内存占用。

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适用场景

• 复合优先：如果你只是需要实现某种功能，复合通常是更直观的选择。
• private 继承：当你需要从基类中继承实现（而非接口），或者需要利用 EBO 最优化内存布局时，可以使用 private 继承。

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总结

• private 继承 适用于描述 “is-implemented-in-terms-of” 关系。
• 与复合相比，private 继承可以直接访问基类成员，但不能隐式转换为基类类型。
• 在需要优化对象尺寸时，private 继承可能优于复合，因为它可以触发 EBO。