40.private继承

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private继承的特性

 
private继承的特性可以概括为如下两条：

  1. 如果classes之间的继承关系是private，编译器不会自动将一个derived class对象转换为一个base class对象。
  2. 由private base class继承而来的所有成员，在derived class中都会变成private属性，纵使它们原本是protected或者public.

private继承的意义

 
private继承意味着implemented-in-terms-of。
如果我们让class d以private形式继承class b，这说明我们仅仅只是为了采用某些b中已经存在的特性，而不是b和d有任何观念上的交集。
private继承完全是一种实现技术(这也是为何b中所有东西都被转为了private，因为它们都是实现细节）。如果说public继承代表了接口必须被继承，private继承意味着只有实现部分被继承，接口部分则被隐藏。private继承在软件设计层毫无意义，它的价值体现在软件实现层。

何时使用private继承

 
上一节说过，composition也有implemented-in-terms-of的意义，那如何在composition与private继承之间取舍呢？答案是：尽可能使用复合，只有在必要时（protected成员以及virtual函数牵扯进来）才使用private继承。

问题实例

假设我们有一个Widget，我们需要令它能够记录每一个成员函数的被调用次数，并且在运行期间我们将周期性地检查被调用次数。为了完成这项工作，我们需要一个定时器。假定库中存在着Timer class:

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class Timer{
public:
    explicit timer(int tickFrequency);
    virtual void onTick() const;//时间到后调用该函数
    ...
｝

看起来我们只需要重新定义那个virtual函数就可以指定周期地读取Widget的状态了。

解决方案

privte继承

如果需要重定义virtual函数，Widget必须继承自Timer。它们之间的继承关系肯定不是public继承，因为它们并不满足is-a关系，而且用户也不能对着一个widget对象调用onTick成员函数，因为从观念上而言，该接口并不是Widget的一部分。（接口易用性原则 Effective C++ 18）
所以我们使用了private继承，并且写作如下形式：

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class Widget:private Timer{
private:
    virtual void onTick() const;//重定义函数 读取内部数据
}

这个设计很好，但是并不值钱，因为private继承绝非必要。我们完全可以使用一个composition来取代他。

composition

只要在widget内部声明一个嵌套式private class，后者以public形式继承Timer并且重新定义onTick，最后放一个此类对象在该widget内即可，有设计样稿如下：
image_1cbe3etni1c16pn614dn2ava789.png-8.3kB

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class Widget{
private:
    class widgetTimer:public Timer{
    public:
        virtual void onTick() const;
    };
    widgetTimer Timer;
};

composition写法的优点

  1. 未来时态编程兼容性（More Effective C++ 32）
    未来Widget可能会派生处derived class，但同时你可能会禁止derived class重新定义ontick。如果Widget继承自Timer，以上做法绝无可能实现。（derived class总可以重定义virtual函数）
    如果Widgettimer是Widget的一个private成员并且继承自Timer，Widget的derived class将无法直接使用WidgetTimer，因此也无法继承或者定义它的virtual函数。（阻止derived class重新定义virtual函数的能力，可见Java与C++中的final）
  2. 降低编译依存性
    如果Widget继承自Timer，那么它必然需要#include Timer.h。
    但如果现在将WidgetTimer移出Widget之外,然后令Widget内含一个指针指向WidgetTimer，（PIMPL）Widget就可以只带着一个简单的声明式，这种解耦对于大型系统而言极为重要。

总之，private继承主要用于“当一个意欲成为dc的class想访问一个意欲成为bc的class的protected部分，或者为了重定义一个或者多个virtual函数”，但此时两个class之间的关系决非is-a而是is-implementef-in-terms-of的关系。

private继承与empty class

private继承可以帮助实现空间最优化，不过只涉及empty class.

empty class

empty class是指不带有任何数据的class，它们没有non-static成员变量，没有virtual函数（因为会导致vptr），没有virtual base class（亦会造成空间额外开销，可见Effective C++ 41、More Effective C++ 24).
从理论上而言，empty class对象不使用任何空间，因为没有任何数据需要存储。但是由于技术上的理由，C++规定凡是独立对象都必须拥有非0大小，

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class Empty {};
class HoldAnInt{
private：
    int x；
    Empty e；//理论上不占据内存
}

你会发现sizeof（HoldAnInt）>sizeof(int),因为sizeof(Empty)=1.
由于“独立对象都必须拥有非0大小”的规定，编译器将一个char进入了空对象内。而后可能存在的齐位等要求导致了Holdanint可能获得了不止一个char的大小。

EBO(empty base optimization)

之前我们说过，独立对象的大小一定不为0，也就是说，这个约束不适用于对象内的base class成分，所以如果令Holdanint继承自Empty，则有

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class HoldAnInt:private Empty{
private：
    int x;
}
sizeof(HoldAnInt)==sizeof(int);//true

这也就是所谓的EBO(empty base optimization).此外，EBO只在单一继承时有效。

EBO的作用

可能有人会质疑Empty的作用，实际上在STL中存在着大量的类似Empty的基类，例如unary_function等等（详见Effective STL 40)，它们的内部往往内含着有用的typedefs、enums、以及non-virtual函数。正是由于EBO的存在，这些函数保证了derived class的大小不受干扰。

总结

  1. private继承意味着is-implemented-in-terms-of。它通常比composition的级别低，但是如果dc想要访问base class的protected成员或者重定义virtual时，这种设计是合理的
  2. private继承可以实现EBO，这对需要尽力缩减对象大小的开发者来说是一件好事。