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Java、C++中子类对父类函数覆盖的可访问性缩小的区别介绍

2018-01-08 08:44 886 查看

前言

“Java 和 C++ 中子类对父类函数覆盖的可访问性缩小的问题”的题目看起来比较学术化，但的确是一个容易忽视的问题。本文力求详细阐述这一问题在 Java 以及 C++ 中的区别。

先介绍什么是“子类对父类函数覆盖的可访问性缩小”。对于继承而言，子类可以覆盖父类的“虚函数”――尽管 Java 中没有虚函数这一术语，但可以把 Java 的所有函数都看作虚函数，因为 Java 的所有函数都可以被子类覆盖。这里仅借用“虚函数”这一名词的含义，不深究语言的细节。Java 和 C++ 都允许在覆盖时，改变函数的可访问性。所谓“可访问性”，就是使用 public 、 protected 、 private 等访问控制符进行修饰，用来控制函数能否被访问到。通常可访问性的顺序为（由于 C++ 中没有包的概念，因此暂不考虑包访问控制符，这并不影响这里的讨论）：

public > protected > private

以 Java 为例：

class Base {
protected void sayHello(){
System.out.println("Hello in Base");
}
}
class Child extends Base {
public void sayHello(){
System.out.println("Hello in Child");
}
}

注意：这里的

sayHello()

函数。父类 Base 中，该函数使用 protected 访问控制符进行修饰。而子类将其改用 public ，这不会有任何问题。子类对父类函数覆盖时，扩大可访问性，通常都不是问题。

当子类对父类函数覆盖的可访问性缩小时，Java 和 C++ 采取了不同的策略。

首先以 Java 为例，看下面的代码：

class Base {
public void sayHello(){
System.out.println("Hello in Base");
}
}
class Child extends Base {
private void sayHello(){
System.out.println("Hello in Child");
}
}

上面的代码中，高亮的第 8 行会有编译错误――这段代码根本不能通过编译！ Java 不允许子类在覆盖父类函数时，缩小可访问性。至于原因，我们可以用一个例子来说明。例如我们在类外部写下面的代码：

Base base = new Base();
base.sayHello();
base = new Child();
base.sayHello();

假如之前的代码可以通过编译，那么就存在这么一种可能：当 base 指向 new Base() 时， sayHello()是可以访问到的，但是当 base 指向 new Child() 时， sayHello()却无法访问到！在 Java 看来这是一个矛盾，应该避免出现这种问题，因此，Java 从编译器的角度规定我们不能写出上面的代码。

针对 C++，情况又有所区别。来看 C++ 的例子：

class Base {
public:
virtual void sayHello(){
std::cout << "Hello in Base";
}
}
class Child : public Base {
private:
void sayHello(){
std::cout << "Hello in Child";
}
}

这段代码在 C++ 中是完全正确的。注意，这里的子类在覆盖父类函数时，缩小了可访问性。如果你没有看出有什么问题，那么我们完全可以在类外部写出下面的代码：

Child child;
child.sayHello(); // 不能通过编译，因为 sayHello()是 private 的
static_cast<Base&>(child).sayHello(); // 可以通过编译，因为 sayHello()是 public 的

第 2 行调用是失败的，因为在 Child 中，

sayHello()

是 private 的，不能在外部调用。然而，当我们使用 static_cast 将 Child 强制转换成 Base 对象时，事情发生了改变――对于 Base 而言，

sayHello()

是 public 的，因此可以正常调用。

针对这一点，C++ 标准的 Member access control 一章中的 Access to virtual functions 一节可以找到如下的例子：

class B {
public:
virtual int f();
};
class D : public B {
private:
int f();
};
void f() {
D d;
B* pb = &d;
D* pd = &d;
pb->f(); // OK: B::f() is public, D::f() is invoked
pd->f(); // error: D::f() is private
}

对此，C++ 标准给出的解释是：

Access is checked at the call point using the type of the expression used to denote the object for which the member function is called ( B* in the example above). The access of the member function in the class in which it was defined (D in the example above) is in general not known.

简单翻译过来有两条要点：

访问控制是在调用时检查的，也就是说，谁调用了这个函数，就检查谁能不能访问这个函数
类中成员函数的可访问性一般而言是不知道的，也就是说，检查可访问性时，并不能知道这个函数在定义时到底是 public 的还是 private 的，因此也就无法据此检查可访问性

正因如此，C++ 的调用方似乎可以通过一些技巧性转换，“巧妙地”调用到原本无法访问的函数。一个更加实际的例子是：Qt 里面，

QObject::event()

函数是 public ，而其子类 QWidget 的

event()

函数则改变成 protected 。具体可以阅读 Qt 的相关代码。

总结来说，在子类覆盖父类函数时，Java 严格限制了子类不能缩小函数可访问性，但 C++ 无此限制。个人认为，从软件工程的角度来说，Java 的规定无疑更具有工程上面的意义，函数的调用也更加一致。C++ 的标准则会明显简化编译器实现，但是对工程而言并不算很好的参考。

PS：C++ 标准的正式版是需要购买的，但是草案可以免费下载。C++ 标准草案的下载地址可以在下面的页面找到： https://isocpp.org/std/the-standard

总结

以上就是这篇文章的全部内容了，希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值，如果有疑问大家可以留言交流，谢谢大家对脚本之家的支持。

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标签： c++ java 函数覆盖

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