《Effective C++》：條款38-條款39

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• 條款38通過複合塑模樹has-a 或根據某物實現出
• 條款39明智而審慎的使用private繼承

條款38：通過複合塑模樹 has-a 或“根據某物實現出”

複合（composition）是類型之間的一種關係，一個類型的對象包含其他類型對象便是這種關係：

class Address{ …… };class PhoneNumber{ …… };class Person{public:    ……private:    std::string name;    Address address;    PhoneNumber mobilePhone;};

Person對象中包含string，Address，PhoneNumber對象，這就是複合。還有幾個同義字：layering（分層），containment（內含），aggregation（彙總），embedding（內嵌）。

條款 32中提到，public是is-a關係，複合是has-a（有一個）或is-implemented-in-terms-of（根據某物實現出）。在程式中，大概可以分為兩個領域（domains）。程式中對象相當於你所塑造現實世界中某物，例如地址、電話號碼，這樣的對象屬於應用域（application domain）。還有一些是實現細節上的人工複製品，例如緩衝區（buffers）、互斥器（mutexes）、尋找樹（search tree）等，這些是實現域（implementation domain）。當複合發生在應用域對象之間時，表現出has-a關係；發生在實現域表現出is-implemented-in-terms-of關係。

區分is-a和is-implemented-in-terms-of比較麻煩。通過一個例子來說明，假設你需要一個template，用來構造一組classes來表示不重複對象組成的sets。首先我們想到用標準程式庫提供的set template。

標準程式庫的set由平衡尋找樹（balance search tree）實現，每個元素使用了三個指標的額外開銷。這樣可以使尋找、插入、移除等操作時間複雜度為O(logN)（對數時間，logarithmic-time）。如果速度比空間重要，這樣做合理，但是如果空間比速度重要，那麼標準庫提供的set將不滿足我們需求。

set實現方法很多，可以在底層使用linked lists來實現，標準庫中有list template，於是我們複用它。

template<typename T>class Set: public std::list<T>{    ……};

上面看起來很美好，其實是錯誤的。條款 32曾說過，public繼承是is-a關係，即set是一種list並不對。例如set不能包含重複元素，但是list可以。

因為這兩個classes之間並非is-a關係，所以public繼承並不適用。set對象可以根據一個list對象來實現出來：

template<calss T>class Set{public:    bool member(const T& item) const;    void insert(const T& item);    void remove(const T& item);    std::size_t size() const;private:    std::list<T> rep;};

只要熟悉list，便很快可以實現上面幾個介面函數。

條款 18主張，介面容易被正確適用，不易被誤用。這裡沒有讓set遵循STL容器的協議，如果遵循的話，要為set添加許多東西，這就模糊了set和list之間的關係。這裡只是澄清set和list之間的關係。

總結

• 複合（composition）的意義和public繼承完全不同。
• 在應用域（application domain），複合意味has-a；在實現域（implementation domain），複合意味is-implemented-in-terms-of（根據某物實現出）。

條款39：明智而審慎的使用private繼承

public繼承是is-a關係，**條款**32曾講過並給出例子，如果把那個例子用private繼承會怎樣？

class Person{……};class Student: private Person{……};void eat(const Person& p);void study(const Student& s);Person p;Student s;eat(p);eat(s);

上的的eat(s)會出錯，因為private繼承不是is-a關係。如果繼承關係是private，那麼編譯器不會自動將一個derived class對象轉換為base class對象；繼承base的所有成員，在derived class中都是private。

private繼承意味implemented-in-terms-of（根據某物實現出）。如果class D以private形式繼承class B，我們的用意是採用class B內已經具備的某些特性。private繼承純粹只是一種實現技術（這也是為什麼derived class中，base class成員都是private的：因為它們都只是實現枝節而已）。private繼承意味只有實現部分被繼承，介面部分應略去。D以private形式繼承B，意思是D對象是根據B對象實現而得。

private繼承意味is-implemented-terms-of（根據某物實現出），和**條款**38的複合意義相同。那麼如何在兩者之間取捨?答案是儘可能的複合，必要時才使用private繼承。例如，當protected成員或virtual函數牽扯進來的時候。還有一種激進情況，當空間方面厲害關係足以踢翻private繼承支柱時，這個稍後討論。

現在有個Widget class，我們想記錄每個成員函數調用次數，在運行期間周期性審查這份資訊。為了完成這項工作，需要用到定時器：

class Timer{public:    explicit Timer(int tickFrequency);    virtual void OnTick() const;//定時器滴答一次，此函數調用一次    ……};

上面是可以調整頻率的訂一起，每次滴答調用某個virtual函數，我們可以重新定義那個virtual函數，來取出Widget當時狀態。為了重新定義Timer內的virtual函數，Widget必須繼承Timer。因為Widget不是Timer，因此不適用public繼承。還有一個觀點支援不適用public，Widget對象調用onTick有點奇怪，會違反條款18：讓介面容易被正確使用，不容易被誤用。

class Widget: private Timer{private:    virtual void onTick() const;//查看Widget的資料等操作    ……};

這個設計也可以通過複合實現

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

這個設計稍微複雜一點，涉及到了public繼承和複合，以及匯入一個新class。我們有理由來選擇這個複合版本，而不是private繼承版本。

第一，Widget可能會有衍生類別，但是我們可能會想阻止在衍生類別中重新定義onTick。如果是使用private繼承，上面的想法就不能實現，因為derived classes可以重新定義virtual函數（**條款**35）。如果採用複用方案，Widget的derived classes將無法採用WidgetTimer，自然也就無法繼承或重新定義它的virtual函數了。這個像Java中的final或C#中的sealed。

第二，採用複合方案，還可以降低編譯依存性。如果Widget繼承Timer，當Widget編譯時間Timer的定義必須課件，所以Widget所在的定義檔案必須包含Timer的定義檔案。複合方案可以將WidgetTimer移出Widget，而只含有一個指標即可。

private繼承主要用於“當一個意欲成為derived class者想訪問一個意欲成為base class者的protected成分，或為了重新定義一個或多個virtual函數”。這時候，兩個classes之間關係是is-implemented-in-terms-of，而不是is-a。有一種激進情況涉及空間最佳化，會促使你選擇private繼承，而不是繼承加複合。

這個情況真夠激進，只適用於你所處理的class不帶任何資料。它不包含non-static變數、virtual函數，沒有繼承virtual base class。這樣的empty classes對象沒使用任何空間，因為它沒有任何資料對象要儲存。但是因為技術原因，C++對象都必須有非零大小

class Empty{}；class HoldsAnInt{private:    int x;    Empty e;};

sizeof(HoldsAnInt)>sizeof(int)。大多數編譯器中，sizeof(Empty)為1，通常C++官網勒令安插一個char到對象內，但class大小還有位元組對其需求。

“獨立（非附屬）”對象大小一定不為零，這個約束不適用於derived class對象內的base成分，因為它們不獨立，如果繼承Empty，而不是複合

class HoldsAnInt: private Empty{private:    int x;};

這時，幾乎可以確定sizeof(HoldsAnInt)==sizeof(int)。這是所謂的EBO（empty base optimization；空白基類最佳化）。如果客戶非常在意空間，那麼使用EBO。EBO一般只在單一繼承下才行，統治C++物件版面配置的那些規則通常表示EBO無法被施行餘“擁有多個base”的derived classes身上。

empty class並不是真的empty。它們內往往含有typedef、enum、static或弄-virtual函數。SLT有許多技術用途的empty classes，其中內含有的成員（通常是typedefs），包括base classes unary_function和binary_function，這些是“使用者自訂之函數對象”，通常會繼承的classes。

前面提到，只要可以儘可能選擇複合，但這也不是全部。當面對並不存在is-a關係的兩個classes，其中一個需要訪問另一個的protected成員，或需要重新定義其一個或多個virtual函數，private繼承可能成為正統設計策略。在考慮了其他方案後，仍然認為private繼承是“表現兩個classes之間的關係”的最佳辦法，那就使用它。

總結

• private繼承意味著is-implemented-in-terms-of（根據某物實現出）。它通常比複合（composition）的層級低。但是當derived class需要訪問protected base class的成員，或需要重新定義繼承而來的virtual函數時，使用private是合理的。
• 和複合（composition）不同，private繼承可以造成empty base最佳化。這對致力於“對象佔用空間最小化”的程式庫開發人員而言，可能很重要。

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