Java、C++中子类对父类函数覆盖的可访问性缩小的区别介绍

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，谢谢大家对我们的支持。

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