C++类层次结构与访问控制详解

# C++ 类层次结构与访问控制详解 ## 1. 类层次结构基础 在 C++ 编程中，类层次结构是一个重要的概念。例如有如下类的声明： ```cpp Window { set_color(), prompt() } Window_with_border { set_color() } Window_with_menu { prompt() } My_window { prompt() } ``` 这里展示了不同类型的窗口类，它们之间存在着一定的层次关系。 ### 1.1 类层次结构的错误情况 如果两个类重写了基类的函数，但彼此之间没有重写关系，那么类层次结构就会出现错误。因为无法构建虚函数表，对完整对象调用该函数会产生歧义。例如，若某个类没有声明 `write()` 函数，而其派生类中对 `write()` 函数的声明可能会在定义该类时导致错误。解决这种冲突的方法是在最派生的类中添加重写函数。 ### 1.2 混合类（Mixin） 提供虚基类部分（而非全部）实现的类通常被称为“混合类”。 ## 2. 访问控制 在 C++ 中，类的成员可以被声明为 `private`、`protected` 或 `public`，这反映了访问类的三种函数类型：实现类的函数（其友元和成员）、实现派生类的函数（派生类的友元和成员）以及其他函数。 ### 2.1 访问控制规则 | 访问修饰符 | 使用范围 | | ---- | ---- | | `private` | 只能被声明该成员的类的成员函数和友元使用 | | `protected` | 可以被声明该成员的类的成员函数和友元，以及派生类的成员函数和友元使用 | | `public` | 可以被任何函数使用 | ### 2.2 访问控制示例 以下是一个模板列表类的示例，展示了如何使用访问控制： ```cpp template<class T> class List { private: struct Link { T val; Link* next; }; struct Chunk { enum { chunk_size = 15 }; Link v[chunk_size] ; Chunk* next; }; class Underflow { }; Chunk* allocated; Link* free; Link* get_free(); Link* head; public: void insert(T); T get(); // ... }; template<class T> void List<T>::insert(T val) { Link* lnk = get_free(); lnk->val = val; lnk->next = head; head = lnk; } template<class T> List<T>::Link* List<T>::get_free() { if (free == 0) { // allocate a new chunk and place its Links on the free list } Link* p = free; free = free->next; return p; } template<class T> T List<T>::get() { if (head == 0) throw Underflow(); Link* p= head; head = p->next; p->next = free; free = p; return p->val; } ``` 在这个示例中，`Link`、`Chunk` 等结构体和类被声明为 `private`，只有类的成员函数可以访问它们。而非成员函数（除友元外）没有这样的访问权限，例如： ```cpp void would_be_meddler(List<T>* p) { List<T>::Link* q = 0; // error: List<T>::Link is private // ... q = p->free; // error: List<T>::free is private // ... if (List<T>::Chunk::chunk_size > 31) { // error: List<T>::Chunk::chunk_size is private // ... } } ``` ### 2.3 默认访问权限 在 `class` 中，成员默认是 `private` 的；在 `struct` 中，成员默认是 `public` 的。 ## 3. 受保护成员 ### 3.1 受保护成员的使用示例 以 `Window` 类为例，`own_draw()` 函数是为派生类设计的构建块，不适合一般使用；而 `draw()` 操作则是为一