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详谈C++保护成员和保护继承

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protected 与 public 和 private 一样是用来声明成员的访问权限的。由protected声明的成员称为“受保护的成员”,或简称“保护成员”。从类的用户角度来看,保护成员等价于私有成员。但有一点与私有成员不同,保护成员可以被派生类的成员函数引用。

如果基类声明了私有成员,那么任何派生类都是不能访问它们的,若希望在派生类中能访问它们,应当把它们声明为保护成员。如果在一个类中声明了保护成员,就意味着该类可能要用作基类,在它的派生类中会访问这些成员。

在定义一个派生类时将基类的继承方式指定为protected的,称为保护继承,用保护继承方式建立的派生类称为保护派生类(protected derived class ), 其基类称为受保护的基类(protected base class ),简称保护基类。

保护继承的特点是:保护基类的公用成员和保护成员在派生类中都成了保护成员,其私有成员仍为基类私有。也就是把基类原有的公用成员也保护起来,不让类外任意访问。 

表11.3 基类成员在派生类中的的访问属性
基类中的成员 在公用派生类中的访问属性 在私有派生类中的访问属性 在保护派生类中的访问属性
私有成员 不可访问 不可访问 不可访问
公用成员 公用 私有 保护
保护成员 保护 私有 保护

保护基类的所有成员在派生类中都被保护起来,类外不能访问,其公用成员和保护成员可以被其派生类的成员函数访问。

比较一下私有继承和保护继承(也就是比较在私有派生类中和在保护派生类中的访问属性), 可以发现,在直接派生类中,以上两种继承方式的作用实际上是相同的:在类外不能访问任何成员,而在派生类中可以通过成员函数访问基类中的公用成员和保护成员。但是如果继续派生,在新的派生类中,两种继承方式的作用就不同了。

例如,如果以公用继承方式派生出一个新派生类,原来私有基类中的成员在新派生类中都成为不可访问的成员,无论在派生类内或外都不能访问,而原来保护基类中的公用成员和保护成员在新派生类中为保护成员,可以被新派生类的成员函数访问。

大家需要记住:基类的私有成员被派生类继承(不管是私有继承、公有继承还是保护继承)后变为不可访问的成员,派生类中的一切成员均无法访问它们。如果需要在派生类中引用基类的某些成员,应当将基类的这些成员声明为protected,而不要声明为private。

如果善于利用保护成员,可以在类的层次结构中找到数据共享与成员隐蔽之间的结合点。既可实现某些成员的隐蔽,又可方便地继承,能实现代码重用与扩充。

通过以上的介绍,可以知道以下几点。

1) 在派生类中,成员有4种不同的访问属性:

  • 公用的,派生类内和派生类外都可以访问。
  • 受保护的,派生类内可以访问,派生类外不能访问,其下一层的派生类可以访问。
  • 私有的,派生类内可以访问,派生类外不能访问。
  • 不可访问的,派生类内和派生类外都不能访问。
表11.4 派生类中的成员的访问属性
派生类中的成员 在派生类中 在派生类外部 在下层公用派生类中
派生类中访问属性为公用的成员 可以 可以 可以
派生类中访问属性为受保护的成员 可以 不可以 可以
派生类中访问属性为私有的成员 可以 不可以 不可以
在派生类中不可访问的成员 不可以 不可以 不可以

需要说明的是:

  • 这里所列出的成员的访问属性是指在派生类中所获得的访问属性。
  • 所谓在派生类外部,是指在建立派生类对象的模块中,在派生类范围之外。
  • 如果本派生类继续派生,则在不同的继承方式下,成员所获得的访问属性是不同的,在本表中只列出在下一层公用派生类中的情况,如果是私有继承或保护继承,大家可以从表11.3中找到答案。

2) 类的成员在不同作用域中有不同的访问属性,对这一点要十分清楚。一个成员的访问属性是有前提的,要看它在哪一个作用域中。有的读者问:“一个基类的公用成 员,在派生类中变成保护的,究竟它本身是公用的还是保护的?”应当说:这是同一个成员在不同的作用域中所表现出的不同特征。例如,学校人事部门掌握了全校师生员工的资 料,学校的领导可以查阅任何人的材料,学校下属的系只能从全校的资料中得到本系师生员工的资料,而不能查阅其他部门任何人的材料。如果你要问:能否查阅张某某的材料, 无法一概而论,必须查明你的身份,才能决定该人的材料能否被你“访问”。

在未介绍派生类之前,类的成员只属于其所属的类,不涉及其他类,不会引起歧义。 在介绍派生类后,就存在一个问题:在哪个范围内讨论成员的特征,同一个成员在不同 的继承层次中有不同的特征。为了说明这个概念,可以打个比方,汽车驾驶证是按地区核发的,北京的驾驶证在北京市范围内畅通无阻,如果到了外地,可能会受到某些限制,到了外国就无效了。同一个驾驶员在不同地区的权利是不同的。又譬如,到医院探视病人,如 果允许你进人病房近距离地看望病人并与之交谈,则可对病人了解比较深人;如果只允许你在玻璃门窗外探视,在一定距离外看到病人,只能对病人状况有粗略的印象;如果只允许在病区的走廊里通过电视看病人活动的片段镜头,那就更间接了。人们在不同的场合下对同一个病人,得到不同的信息,或者说,这个病人在不同的场合下的“可见性”不同。

平常,人们常习惯说某类的公用成员如何如何,这在一般不致引起误解的情况下是可以的。但是决不要误认为该成员的访问属性只能是公用的而不能改变。在讨论成员的访问属性时,一定要说明是对什么范围而言的,如基类的成员a,在基类中的访问属性是公用的,在私有派生类中的访问属性是私有的。

下面通过一个例子说明怎样访问保护成员。

[例11.3] 在派生类中引用保护成员。

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
class Student//声明基类
{
public:
   //基类公用成员
   void display( );
protected:
   //基类保护成员
   int num;
   string name;
   char sex;
};
//定义基类成员函数
void Student::display( )
{
   cout<<"num: "<<num<<endl;
   cout<<"name: "<<name<<endl;
   cout<<"sex: "<<sex<<endl;
}
class Student1: protected
Student //用protected方式声明派生类Student1
{
public:
   void display1( );//派生类公用成员函数
private:
   int age;//派生类私有数据成员
   string addr;//派生类私有数据成员
};
void Student1::display1( )//定义派生类公用成员函数
{
   cout<<"num: "<<num<<endl;//引用基类的保护成员,合法
   cout<<"name: "<<name<<endl;//引用基类的保护成员,合法
   cout<<"sex: "<<sex<<endl;//引用基类的保护成员,合法
   cout<<"age: "<<age<<endl;//引用派生类的私有成员,合法
   cout<<"address: "<<addr<<endl; //引用派生类的私有成员,合法
}
int main( )
{
   Student1 stud1; //stud1是派生类Student1类的对象
   stud1.display1( ); //合法,display1是派生类中的公用成员函数
   stud1.num=10023; //错误,外界不能访问保护成员
   return 0;
}

在派生类的成员函数中引用基类的保护成员是合法的。基类的保护成员对派生类的外界来说是不可访问的(例如,num是基类Student中的保护成员,由于派生类是保护继承,因此它在派生类中仍然是受保护的,外界不能用stud1.num来引用它),但在派生类内,它相当于私有成员,可以通过派生类的成员函数访问。可以看到,保护成员和私有成员不同之处,在于把保护成员的访问范围扩展到派生类中。

注意:在程序中通过派生类Student1的对象stud1的公用成员函数display1去访问基类的保护成员num、name和sex,不要误认为可以通过派生类对象名去访问基类的保护 成员(如stud1.num是错误的)。

私有继承和保护继承方式在使用时需要十分小心,很容易搞错,一般不常用,本教程后面的例子主要介绍公用继承方式。

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