把 C++ 想象成人类社会。

访问权限、继承、友元将无比真实的反应人类社会中的种种关系。

类内部访问权限

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|class    | --> 人
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|public   | --> 你能干啥
|protected| --> 你留下啥
|private  | --> 你藏了啥
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|friend   | --> 你的圈子
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几乎所有人都知道你能干啥,这某种程度上是你在这个社会的价值体现。但这些不相干的人,并不知道你留下了啥,是万贯家财?还是诗书传承?谁知道?你的家人知道(类内部),你的后代知道(子类),你的朋友知道(友元)。至于你藏了些啥,除了你的家人(类内部),可能也只有几位密友(友元)了解。

继承时访问权限

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|Inherits | --> 繁衍后代
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|public   | --> 嫡出
|protected| --> 庶出
|private  | --> 私生
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C++ 的社会没有计划生育,也似乎没有限制一夫一妻。所以就存在正房和偏房的问题,嫡长子光明正大(public)的继承了你的财产和光环(public, protected)。其余庶出(protected)的就没那么好运了,仅仅能够分到一点财产(protected, protected)。而风流快活的产物——私生子(private)更是可怜,分到的东西谁也说不得,是私密。(private,private)。

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class Father {
public:
    int x;
protected:
    int y;
private:
    int z;
};
 
class FirstSon : public Father {
    // x is public
    // y is protected
    // z is not accessible from Father
};
 
class SecondSon : protected Father {
    // x is protected
    // y is protected
    // z is not accessible from Father
};
 
class Illegitimate : private A {
    // x is private
    // y is private
    // z is not accessible from Father
};

开始处理各种继承问题(两种访问权限的混搭)

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class Base {
protected:
    int prot_mem;
};
 
class Sneaky : public Base {
    friend void clobber(Sneaky &s) { s.j = s.prot_mem = 0; }
    friend void clobber(Base &b) { b.prot_mem = 0; } // error
    int j;
};

prot_mem 是 Base 的 protected 成员。那么对于 以 public 的姿势继承 Base 的子类 Sneaky来说,它可以取得该成员(嫡长子)。

而第一个 clobber 作为 Sneaky 的密友,自然也可以取得 Sneaky 的成员,如其自己的 j,以及继承自父类的 prot_mem。

第二个 clobber 作为 Sneaky 的密友,却妄想去直接拿其父亲留下的 prot_mem,这显然是不合理的。 注意这里与上面那个的区别,该密友越过了 Sneaky,直接去拿其父亲的遗物,这是违背了社会法规的。

再来看三代同堂:

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// 父
class Base {
public:
    int pub_mem;
protected:
    int prot_mem;
private:
    int pri_mem;
};
 
// 子
 
struct Pub_Derv : public Base {
    int f() { return prot_mem; }
    int g() { return pri_mem; } // error
};
 
struct Priv_Derv : private Base {
    int f1() const { return prot_mem; }
};
 
// 孙
 
struct Derived_from_Public : public Pub_Derv {
    int use_base() { return prot_mem; }
};
 
struct Derived_from_Private : public Priv_Derv {
    int use_base() { return prot_mem; } // error
};

注意第一个 error 处,是由于嫡长子去触及父亲藏起来的东西导致的。

再看第二个 error 处,是由于私生子的儿子想去拿爷爷留下的东西导致的。

细分析,儿子辈,一个嫡长子一个私生子,prot_mem 是祖辈留下之物,虽然两个儿子都继承了,但对于嫡长子来说,prot_mem 仍旧是可以遗留之物(protected权限);而对于私生子来说,prot_mem 却成了需藏起来之物(private权限)。那么,到了孙子辈,长房长孙继续拿到祖辈继承之物,而反观私房长孙,却和祖辈几乎毫无瓜葛了。

再来看一个朋友乱入的

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class Base {
    friend class Pal;
protected:
    int prot_mem;
};
 
class Sneaky : public Base {
    int j;
};
 
class Pal {
public:
    int f(Base b) { return b.prot_mem; }
    int f2(Sneaky s) { return s.j; } // error
    int f3(Sneaky s) { return s.prot_mem; }
};
 
class D2 : public Pal {
public:
    int mem(Base b) { return b.prot_mem; } // error
};

Pal 是父亲的密友,拿到父亲所留之物理所当然。然而直接跑去拿儿子的私物,却不合情理。但如果只是拿儿子所继承的父亲遗留之物呢?这是可能的,在很多情况下,也是合情合理的。(可能所留本来就有密友的份)。

好了,如果父亲的密友也有了嫡长子,他去拿该父亲的所留之物呢?这就有点不讲规矩了,密友关系仅存在于父辈两者之间,继承者无论如何也无法去拿上一辈朋友的东西的。

私生子的逆袭

从上面的一些例子,可以很明显的看到私生子的惨状,只要私生,祖上的一切接变成 private,几乎没法再传承下去。

幸好 C++ 的社会里倒也公平,提供了一个 using 关键字,让私生子也有了逆袭的机会。如下例:

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#include <cstddef>
 
class Base {
public:
    std::size_t size() const { return n; }
protected:
    std::size_t n;
};
 
class Derived : private Base {
public:
    using Base::size;
protected:
    using Base::n;
};

所谓私生子的 Derived,原本 size 和 n 都是私有成员,经过 using 声明后,前者为 public,后者为 protected。逆袭成功。