C++的3种继承方式

C++的3种继承方式

在 C++ 中，继承方式（public、protected、private）决定了基类成员在派生类中的访问权限，以及派生类对象对基类成员的访问权限。正确选择继承方式是实现封装、复用和多态的关键。以下是三种继承方式的适用场景及详细说明：

一、核心规则：继承方式对访问权限的影响

先明确基类成员（public/protected/private）在派生类中的权限变化（核心依据 C++ 访问控制规则）：

基类成员权限	public 继承	protected 继承	private 继承
public	public	protected	private
protected	protected	protected	private
private	不可访问	不可访问	不可访问

关键结论：

• 继承方式仅影响基类的 public 和 protected 成员（private 成员无论哪种继承都无法被派生类访问）；
• 继承方式的核心作用是控制“基类接口对派生类外部的可见性”。

二、public 继承（最常用）

适用场景：表示“is-a”关系（派生类是基类的一种）

当派生类本质上是基类的一个特例，需要继承基类的接口（public 成员）并可能重写基类的虚函数时，使用 public 继承。这是最符合面向对象设计思想的继承方式。

典型例子：

• Student 继承 Person（学生是人的一种）；
• Circle 继承 Shape（圆形是形状的一种）；
• TCPConnection 继承 Connection（TCP 连接是连接的一种）。

特点与好处：

1. 接口复用：派生类自动拥有基类的 public 接口，外部可通过派生类对象直接访问（例如 Student 对象可调用 Person::getName()）；
2. 实现多态：基类的虚函数可在派生类中重写，通过基类指针/引用调用时会触发动态绑定（例如 Shape* s = new Circle(); s->draw(); 调用 Circle::draw()）；
3. 兼容性：派生类对象可隐式转换为基类对象（或基类指针/引用），符合 “is-a” 的逻辑（例如 Person p = Student(); 合法）。

使用建议：

• 只要是“派生类是基类的一种”的场景，优先使用 public 继承；
• 基类中需要被派生类重写的函数，必须声明为 virtual（确保多态生效）；
• 基类析构函数应声明为 virtual（避免通过基类指针删除派生类对象时内存泄漏）。

三、protected 继承（极少使用）

适用场景：继承基类的“实现细节”，且允许子类进一步复用

当派生类需要复用基类的 public/protected 成员作为自己的实现细节，但不希望这些成员被外部直接访问，同时希望派生类的子类（孙子类）也能复用这些成员时，使用 protected 继承。

典型例子：

• 一个游戏中的 PlayerCharacter 继承 CharacterStats（角色属性类），CharacterStats 的 public 方法（如 getHealth()、setHealth()）在 PlayerCharacter 中变为 protected，这样外部无法直接修改玩家血量，但 PlayerCharacter 的子类（如 Warrior、Mage）可以访问这些方法来实现技能效果（例如 Warrior::takeDamage() 调用 setHealth()）。

特点与好处：

1. 实现复用：派生类可直接访问基类的 public/protected 成员，无需通过 public 接口暴露；
2. 子类可继承：基类成员在派生类中为 protected，因此派生类的子类（孙子类）也能访问这些成员，支持多层继承复用；
3. 接口隐藏：外部无法通过派生类对象访问基类的任何成员（包括原 public 成员），避免接口污染。

使用注意：

• protected 继承不表示“is-a”关系（外部无法将派生类对象视为基类对象）；
• 由于使用场景狭窄，实际开发中极少使用（通常可通过 private 继承或组合替代）。

四、private 继承（实现继承）

适用场景：仅复用基类的“实现细节”，不暴露任何基类接口

当派生类仅需要复用基类的代码实现（如基类的某个算法、工具函数），但不希望外部知道其继承关系，也不允许派生类的子类访问基类成员时，使用 private 继承。核心是“继承实现，隐藏接口”。

典型例子：

• String 类继承 Array<char>（假设 Array 提供动态数组管理）：Array 的 public 方法（如 resize()、getSize()）在 String 中变为 private，String 对外提供自己的接口（如 length()、append()），避免外部直接操作底层数组；
• 一个 Logger 类继承 FileWriter（文件写入类）：FileWriter 的 write() 方法在 Logger 中为 private，Logger 对外提供 log() 方法，封装日志格式和写入逻辑。

特点与好处：

1. 实现复用：派生类可直接调用基类的 public/protected 成员，无需重复编写代码；
2. 接口完全隐藏：外部无法通过派生类对象访问基类的任何成员，派生类的子类也无法访问基类成员（基类成员在派生类中为 private）；
3. 避免多态歧义：由于基类成员被隐藏，派生类可自由定义与基类同名的成员，无需担心多态冲突。

与组合（has-a）的对比：

• 组合（如 class String { private: Array<char> arr; };）也能实现“复用实现、隐藏接口”，且比 private 继承更灵活（可动态替换成员对象）；
• 当基类有虚函数，且派生类需要重写这些虚函数来改变实现时，private 继承更合适（组合无法重写基类虚函数）。

使用建议：

• 优先用组合替代 private 继承（组合更符合“低耦合”设计原则）；
• 仅当需要重写基类虚函数且不希望暴露基类接口时，才考虑 private 继承。

五、总结

1. 优先 public 继承：当派生类是基类的一种（is-a），需要继承接口并支持多态时【仅 public 继承可以实现多态】；
2. 谨慎使用 protected 继承：仅当需要复用基类实现，且允许子类进一步复用该实现时（极少场景）；
3. 尽量用组合替代 private 继承：仅当需要重写基类虚函数且隐藏接口时，才用 private 继承；
4. 记住核心原则：继承的核心是“复用”，但 public 继承侧重“接口复用+多态”，protected/private 继承侧重“实现复用+接口隐藏”。