明智而审慎地使用private继承——条款39

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#private继承 #类继承 #根据某物实现出

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条款32曾经论证过C++如何将public继承视为is-a关系。在那个例子中我们有个继承体系，其中class Student以public形式继承class Person，于是编译器在必要时刻（为了让函数调用成功）将Students暗自转换为Persons。现在我们再重复该例的一部分，并以private继承替换public继承：

class Person { ... };
class Student:private Person { ... };    // 这次改用private继承
void eat(const Person& p);               // 任何人都会吃
void study(const Student& s);            // 只有学生才到校学习

Person p;                       // p是人
Student s;                      // s是学生

eat(p);                         // 没问题，p是人
eat(s);                         // 错误！吓，难道学生不是人？！

显然private继承并不意味is-a关系。那么它意味什么？

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）。这和public继承的情况不同。这也就是为什么通过s调用eat会失败的原因。第二条规则是，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继承意味implemented-in-terms-of（根据某物实现出）。如果你让class D以private形式继承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继承纯粹只是一种实现技术（这就是为什么继承自一个private base class的每样东西在你的class内都是private：因为它们都只是实现枝节而已）。借用条款34提出的术语，private继承意味只有实现部分被继承，接口部分应略去。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，再没有其他意涵了。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继承意味is-implemented-in-terms-of（根据某物实现出），这个事实有点令人不安，因为条款38才刚指出复合（composition）的意义也是这样。你如何在两者之间取舍？答案很简单：尽可能使用复合，必要时才使用private继承。何时才是必要？主要是当protected成员和/或 virtual函数牵扯进来的时候。

考虑一个实例，修改Widgets class，让它记录每个成员函数的被调用次数。先找到如下class：

class Timer {
public:
	explicit Timer(int tickFrequency);
	virtual void onTick() const;        // 定时器每滴答一次，此函数就自动调用一次
	...
};

为了让Widget重新定义Timer内的virtual函数，Widget必须继承自Timer。但public继承在此例并不适当，因为Widget并不是个Timer。是呀，Widget客户总不该能够对着一个Widget调用onTick吧，因为观念上那并不是Widget接口的一部分。如果允许那样的调用动作，很容易造成客户不正确地使用Widget接口，那会违反条款18的忠告：“让接口容易被正确的使用，不易被误用”。在这里，public继承不是个好策略。

我们必须以private形式继承Timer：

class Widget: private Timer {
private:
	virtual void onTick() const;    // 查看Widget的数据...等等。
	...
};

这是个好设计，但不值几文钱，因为private继承并非绝对必要。如果我们决定以复合（composition）取而代之，是可以的。只要在Widget内声明一个嵌套式private class，后者以public形式继承Timer并重新定义onTick，然后放一个这种类型的对象于Widget内。下面是这种解法的草样：

class Widget {
private:
	class WidgetTimer: public Timer {
		virtual void onTick() const; 
		...
	};
	WidgetTimer timer;
	...
};

这个设计比只使用private继承要复杂一些些，因为它同时涉及public继承和复合，并导入一个新class（WidgetTimer）。坦白说，我展示它主要是为了提醒你，解决一个设计问题的方法不只一种，而训练自己思考多种做法是值得的（看看条款35）。尽管如此，我可以想出两个理由，为什么你可能愿意（或说应该）选择这样的public继承加复合，而不是选择原先的private继承设计。

首先，你或许会想设计Widget使它得以拥有derived classes，但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继承也不可能。（还记得吗，条款35曾说derived classes可以重新定义virtual函数，即使它们不得调用它。）

第二，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，所以定义Widget的那个文件恐怕必须#include Timer.h。但如果WidgetTimer移出Widget之外而Widget内含指针指向一个WidgetTimer，Widget可以只带着一个简单的WidgetTimer声明式，不再需要#include任何与Timer有关的东西。对大型系统而言，如此的解耦可能是重要的措施。关于编译依存性最小化，详见条款31。

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is-implemented-in-terms-of，但复合比较容易理解，所以无论什么时候，只要可以，你还是应该选择复合。

请记住

Private继承意味is-implemented-in-terms-of（根据某物实现出）。它通常比复合（composition）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，这么设计是合理的。
和复合（composition）不同，private继承可以造成empty base最优化。这对致力于“对象尺寸最小化”的程序库开发者而言，可能很重要。