⭐ 题目日期：

金山 - 2024/12/31

📝 题解：

在C++中，私有继承（private inheritance） 是一种继承方式，其核心特点是基类的公有（public）和保护（protected）成员在派生类中变为私有（private）成员。私有继承的语法为 class Derived : private Base，其设计目的是实现“实现复用”，而非“接口继承”。以下是私有继承的详细解析、适用场景及与组合（Composition）的对比：

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1. 私有继承的特性

• 成员可见性：
  • 基类的public和protected成员在派生类中变为private。
  • 基类的private成员始终不可直接访问（需通过基类的公有/保护方法）。
• 继承关系对外隐藏：
  • 派生类对象不能隐式转换为基类指针或引用。
  • 基类的接口不会暴露给派生类的外部用户。

class Base {
public:
    void publicMethod() {}
protected:
    void protectedMethod() {}
private:
    void privateMethod() {}
};

// 私有继承
class Derived : private Base {
public:
    void useBase() {
        publicMethod();     // 可访问（变为Derived的私有成员）
        protectedMethod();  // 可访问（变为Derived的私有成员）
        // privateMethod(); // 错误：基类私有成员不可直接访问
    }
};

int main() {
    Derived d;
    d.useBase();
    // d.publicMethod();    // 错误：Base的公有方法在Derived中变为私有
    // Base& b = d;         // 错误：私有继承禁止隐式向上转型
    return 0;
}

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2. 私有继承的核心用途

（1）复用基类实现

当派生类需要复用基类的代码逻辑，但不希望暴露基类接口时，私有继承可以隐藏基类的功能，仅内部使用。

// 复用基类的算法实现，但不对外公开接口
class Algorithm {
public:
    void compute() { /* 复杂计算逻辑 */ }
};

class Processor : private Algorithm {
public:
    void process() {
        compute();  // 内部使用基类算法
        // ... 其他处理
    }
};

// 用户只能调用process()，无法直接调用compute()

（2）重写虚函数（实现多态扩展）

若基类有虚函数，私有继承允许派生类重写这些函数，但多态性仅在类内部有效。

class LoggerBase {
public:
    virtual void log(const std::string& msg) = 0;
};

class FileLogger : private LoggerBase {
private:
    void log(const std::string& msg) override { /* 写入文件 */ }
};

// 用户无法通过LoggerBase接口访问FileLogger的log()

（3）访问基类保护成员

若派生类需要访问基类的protected成员，私有继承提供了一种途径（但需权衡设计是否合理）。

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3. 私有继承 vs 组合（Composition）

私有继承和组合均能实现代码复用，但语义和灵活性不同：

特性	私有继承	组合（成员对象）
代码复用方式	直接复用基类实现，可重写虚函数	通过成员对象调用其方法
访问权限	可访问基类的protected成员	只能访问成员对象的公有方法
内存布局	基类子对象是派生类的一部分（可能影响内存对齐）	成员对象独立存储
多态支持	支持内部多态（通过基类指针/引用访问派生类）	需手动转发调用
设计意图	“is-implemented-in-terms-of”（实现层面是基类）	“has-a”（拥有某个对象的功能）

何时选择私有继承？

1. 需要重写基类虚函数。
2. 需要访问基类的protected成员。
3. 基类为空（仅含类型定义或静态成员），希望零内存开销（空基类优化，EBO）。

何时选择组合？

1. 不需要多态或基类特殊权限。
2. 需要更清晰的代码结构（避免继承层次复杂化）。
3. 需同时复用多个类的功能（C++不支持多基类组合继承）。

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4. 私有继承的陷阱

（1）破坏封装性

若过度依赖基类的protected成员，可能增加代码耦合度。

（2）误用继承语义

继承应谨慎表达“is-a”关系，私有继承的“is-implemented-in-terms-of”需明确设计意图。

（3）空基类优化（EBO）的权衡

// 空基类优化：派生类不因继承空类而增加大小
class Empty {};  // sizeof(Empty) = 1（占位）
class Derived : private Empty {};  // sizeof(Derived) = 1
class Composed { Empty e; };       // sizeof(Composed) >= 1（可能因对齐更大）

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5. 最佳实践

1. 优先选择组合：除非需要虚函数重写或EBO，否则组合更灵活、更安全。
2. 明确设计意图：用注释说明为何选择私有继承而非组合。
3. 限制基类暴露：确保基类接口不会通过派生类泄露（例如，避免在派生类中提供返回基类引用的方法）。

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总结

私有继承是C++中一种“低调”的代码复用工具，适用于需要隐藏基类接口、重写虚函数或利用空基类优化的场景。但在大多数情况下，组合是更优选择，因为它提供更好的封装性和代码可维护性。使用私有继承时，需严格遵循“实现复用”的设计目标，避免滥用继承导致架构复杂化。