C++私有继承与EBO深入分析讲解-C/C++开发

目录私有继承本质不是继承空类大小空基类成员压缩总结Hello！大家好呀，近期逗比老师的一个学生问了我这样一个问题：C++里的私有继承到底有什么意义？不知道你有没有跟他一样的困惑。的确，我们在编写C++...

不知道你有没有跟他一样的困惑。的确，我们在编写C++项目中，几乎是没有用过私有继承（这里包括protected继承和private继承），都是清一色的public继承。有的老师干脆直接告诉学生，你见到继承就是public，其他那俩是历史原因，当它不存在就好了。

这种说法呢，其实也有一定道理，但也不全对。对的部分在于：C++中，确实只有public继承才表示的OOP理论中的“继承”，而私有继承其实对应的是OOP理论中的“组合”关系，所以说“见到继承就写public”这话其实没毛病。然而不对的部分在于：私有继承是为了解决某些性能问题而存在的，我们知道通常表示组合的做法是成员对象，但在某些极端情况下，成员对象会出现一些性能问题，这时我们不得不用私有继承来代替。

私有继承本质不是继承

在此强调，这个标题中，第一个“继承”指的是一种C++语法，也就是class A : B {};这种写法。而第二个“继承”指的是OOP（面向对象编程）的理论，也就是A is a B的抽象关系，类似于“狗”继承自“动物”的这种关系。

所以我们说，私有继承本质是表示组合的，而不是继承关系，要验证这个说法，只需要做一个小实验即可。我们知道最能体现继承关系的应该就是多态了，如果父类指针能够指向子类对象，那么即可实现多态效应。

请看下面的例程：

class Base {};
class A : public Base {};
class B : private Base {};
class C : protected Base {};
void Demo() {
  A a;
  B b;
  C c;
  Base *p = &a; // OK
  p = &b; // ERR
  p = &c; // ERR
}

这里我们给Base类分别编写了A、B、C三个子类，分别是public、private个protected继承。然后用Base *类型的指针去分别指向a、b、c。发现只有public继承的a对象可以用p直接指向，而b和c都会报这样的错：

程中的几个类都可以认为是空类：

class A {};
class B {
  static int m1;
  static int f();
};
class C {
public:
  C();
  ~C();
  void f1();
  double f2(int arg) const;
};

有了自动补1字节，T的长度变成了1，那么T*的偏移量也会变成1，就不会出现0长的问题。但是，这么做就会引入另一个问题，请看例程：

class Empty {};
class Test {
  Empty m1;
  long m2;
};
// sizeof(Test)==16

由于Empty是空类，编译器补了1字节，所以此时m1是1字节，而m2是8字节，m1之后要进行字节对齐，因此Test变成了16字节。如果Test中出现了很多空类成员，这种问题就会被继续放大。

这就是用成员对象来表示组合关系时，可能会出现的问题，而私有继承就是为了解决这个问题的。

空基类成员压缩

（EBO，Empty Base Class Optimization）

在上一节最后的历程中，为了让m1不再占用空间，但又能让Test中继承Empty类的其他内容（例如函数、类型重定义等），我们考虑将其改为继承来实现，EBO就是说，当父类为空类的时候，子类中不会再去分配父类的空间，也就是说这种情况下编译器不会再去补那1字节了，节省了空间。

但如果使用public继承会怎么样？

class Empty {};
class Test : public Empty {
  long m2;
};
// 假如这里有一个函数让传Empty类对象
void f(const Empty &obj) {}
// 那么下面的调用将会合法
void Demo() {
  Test t;
  f(t); // OK
}

Test由于是Empty的子类，所以会触发多态性，t会当做Empty类型传入f中。这显然问题很大呀！如果用这个例子看不出问题的话，我们换一个例子：

class Alloc {
public:
  void *Create();
  void Destroy();
};
class Vector : public Alloc {
};
// 这个函数用来创建buffer
void CreateBuffer(const Alloc &alloc) {
  void *buffer = alloc.Create(); // 调用分配器的Create方法创建空间
}
void Demo() {
  Vector ve; // 这是一个容器
  CreateBuffer(ve); // 语法上是可以通过的，但是显然不合理
}

内存分配器往往就是个空类，因为它只提供一些方法，不提供具体成员。Vector是一个容器，如果这里用public继承，那么容器将成为分配器的一种，然后调用CreateBuffer的时候可以传一个容器进去，这显然很不合理呀！

那么此时，用私有继承就可以完美解决这个问题了

class Alloc {
public:
  void *Create();
  void Destroy();
};
class Vector : private Alloc {
private:
  void *buffer;
  size_t size;
  // ...
};
// 这个函数用来创建buffer
void CreateBuffer(const Alloc &alloc) {
  void *buffer = alloc.Create(); // 调用分配器的Create方法创建空间
}
void Demo() {
  Vector ve; // 这是一个容器
  CreateBuffer(ve); // ERR，会报错，私有继承关系不可触发多态
}

此时，由于私有继承不可触发多态，那么Vector就并不是Alloc的一种，也就是说，从OOP理论上来说，他们并不是继承关系。而由于有了私有继承，在Vector中可以调用Alloc里的方法以及类型重命名，所以这其实是一种组合关系。

而又因为EBO，所以也不用担心Alloc占用Vector的成员空间的问题。