使用私有继承

这是一个很好的设计，但值得注意的是，private inheritance（私有继承）并不是绝对必要的。如果我们决定用 composition（复合）来代替，也是可以的。我们仅需要在我们从 Timer 公有继承来的 Widget 内声明一个 private nested class（私有嵌套类），在那里重定义 onTick，并在 Widget 中放置一个那个类型的 object（对象）。以下就是这个方法的概要：

class Widget {

　private:

class WidgetTimer: public Timer {

public:

　virtual void onTick() const;

　...

};

WidgetTimer timer;

　...

};

这个设计比只用了 private inheritance（私有继承）的那一个更复杂，因为它包括 (public) inheritance（（公有）继承）和 composition（复合）两者，以及一个新 class (WidgetTimer) 的引入。老实说，我出示它主要是为了提醒你有多于一条的道路通向一个设计问题，而且它也可以锻炼你自己你自己考虑多种方法（参见《C++箴言：最小化文件之间的编译依赖》）。然而，我可以想到为什么你可能更愿意用 public inheritance（公有继承）加 composition（复合）而不用 private inheritance（私有继承）的两个原因。

首先，你可能要做出允许 Widget 有 derived classes（派生类）的设计，但是你还可能要禁止 derived classes（派生类）重定义 onTick。如果 Widget 从 Timer 继承，那是不可能的，即使 inheritance（继承）是 private（私有）的也不行。但是如果 WidgetTimer 在 Widget 中是 private（私有）的而且是从 Timer 继承的，Widget 的 derived classes（派生类）就不能访问 WidgetTimer，因此就不能从它继承或重定义它的 virtual functions（虚拟函数）。如果你曾在 Java 或 C# 中编程并且错过了禁止 derived classes（派生类）重定义 virtual functions（虚拟函数）的能力（也就是，Java 的 final methods（方法）和 C# 的 sealed），现在你有了一个在 C++ 中的到类似行为的想法。

第二，你可能需要最小化 Widget 的 compilation dependencies（编译依赖）。如果 Widget 从 Timer 继承，在 Widget 被编译的时候 Timer 的 definition（定义）必须是可用的，所以定义 Widget 的文件可能不得不 #include Timer.h。另一方面，如果 WidgetTimer 移出 Widget 而 Widget 只包含一个指向一个 WidgetTimer 的 pointer（指针），Widget 就可以只需要 WidgetTimer class（类）的一个简单的 declaration（声明）；为了使用 Timer 它不需要 #include 任何东西。对于大型系统，这样的隔离可能非常重要（关于 minimizing compilation dependencies（最小化编译依赖）的细节，参见《C++箴言：最小化文件之间的编译依赖》）。

我早些时候谈及 private inheritance（私有继承）主要用武之地是当一个将要成为 derived class（派生类）的类需要访问将要成为 base class（基类）的类的 protected parts（保护构件），或者希望重定义一个或多个它的 virtual functions（虚拟函数），但是 classes（类）之间的概念上的关系却是 is-implemented-in-terms-of，而不是 is-a。然而，我也说过有一种涉及 space optimization（空间最优化）的极端情况可能会使你倾向于 private inheritance（私有继承），而不是 composition（复合）。

这个极端情况确实非常尖锐：它仅仅适用于你处理一个其中没有数据的 class（类）的时候。这样的 classes（类）没有 non-static data members（非静态数据成员）；没有 virtual functions（虚函数）（因为存在这样的函数会在每一个 object（对象）中增加一个 vptr ——参见《C++箴言：多态基类中将析构函数声明为虚拟》）；也没有 virtual base classes（虚拟基类）（因为这样的 base classes（基类）也会引起 size overhead（大小成本））。在理论上，这样的 empty classes（空类）的 objects（对象）应该不占用空间，因为没有 per-object（逐对象）的数据需要存储。然而，由于 C++ 天生的技术上的原因，freestanding objects（独立对象）必须有 non-zero size（非零大小），所以如果你这样做，

class Empty {}; // has no data, so objects should

// use no memory

class HoldsAnInt { // should need only space for an int

private:

　int x;

　Empty e; // should require no memory

};

你将发现 sizeof(HoldsAnInt) > sizeof(int)；一个 Empty data member（空数据成员）需要存储。对以大多数编译器，sizeof(Empty) 是 1，这是因为 C++ 法则反对 zero-size 的 freestanding objects（独立对象）一般是通过在 "empty" objects（“空”对象）中插入一个 char 完成的。然而，alignment requirements（对齐需求）可能促使编译器向类似 HoldsAnInt 的 classes（类）中增加填充物，所以，很可能 HoldsAnInt objects 得到的不仅仅是一个 char 的大小，实际上它们可能会扩张到足以占据第二个 int 的位置。（在我测试过的所有编译器上，这毫无例外地发生了。）

但是也许你已经注意到我小心翼翼地说 "freestanding" objects（“独立”对象）必然不会有 zero size。这个约束不适用于 base class parts of derived class objects（派生类对象的基类构件），因为它们不是独立的。如果你用从 Empty 继承代替包含一个此类型的 object（对象），

class HoldsAnInt: private Empty {

private:

int x;

};

你几乎总是会发现 sizeof(HoldsAnInt) == sizeof(int)。这个东西以 empty base optimization (EBO)（空基优化）闻名，而且它已经被我测试过的所有编译器实现。如果你是一个空间敏感的客户的库开发者，EBO 就值得了解。同样值得了解的是 EBO 通常只在 single inheritance（单继承）下才可行。支配 C++ object layout（C++ 对象布局）的规则通常意味着 EBO 不适用于拥有多于一个 base（基）的 derived classes（派生类）。

在实践中，"empty" classes（“空”类）并不真的为空。虽然他们绝对不会有 non-static data members（非静态数据成员），但它们经常会包含 typedefs，enums（枚举），static data members（静态数据成员），或 non-virtual functions（非虚拟函数）。STL 有很多包含有用的 members（成员）（通常是 typedefs）的专门的 empty classes（空类），包括 base classes（基类）unary_function 和 binary_function，user-defined function objects（用户定义函数对象）通常从这些 classes（类）继承而来。感谢 EBO 的普遍实现，这样的继承很少增加 inheriting classes（继承来的类）的大小。

尽管如此，我们还是要回归基础。大多数 classes（类）不是空的，所以 EBO 很少会成为 private inheritance（私有继承）的一个合理的理由。此外，大多数 inheritance（继承）相当于 is-a，而这正是 public inheritance（公有继承）而非 private（私有）所做的事。composition（复合）和 private inheritance（私有继承）两者都意味着 is-implemented-in-terms-of（是根据……实现的），但是 composition（复合）更易于理解，所以你应该尽你所能使用它。

private inheritance（私有继承）更可能在以下情况中成为一种设计策略，当你要处理的两个 classes（类）不具有 is-a（是一个）的关系，而且其中的一个还需要访问另一个的 protected members（保护成员）或需要重定义一个或更多个它的 virtual functions（虚拟函数）。甚至在这种情况下，我们也看到 public inheritance 和 containment 的混合使用通常也能产生你想要的行为，虽然有更大的设计复杂度。谨慎使用 private inheritance（私有继承）意味着在使用它的时候，已经考虑过所有的可选方案，只有它才是你的软件中明确表示两个 classes（类）之间关系的最佳方法。

Things to Remember

·private inheritance（私有继承）意味着 is-implemented-in-terms of（是根据……实现的）。它通常比 composition（复合）更低级，但当一个 derived class（派生类）需要访问 protected base class members（保护基类成员）或需要重定义 inherited virtual functions（继承来的虚拟函数）时它就是合理的。

·与 composition（复合）不同，private inheritance（私有继承）能使 empty base optimization（空基优化）有效。这对于致力于最小化 object sizes（对象大小）的库开发者来说可能是很重要的。

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