#39 private 継承の使い方

Effective C++ 39項の内容です．

private継承とは何ぞや？

まず，private継承とはなんぞや？という話ですが，クラスの継承には public継承とprivate継承の2つがあります．だいたいpublic継承が使われていて，自分はprivate継承なんてあんまり見たことないんですが，文法的な違いは下記だけです．

public継承

まずは，public継承の例です．見てわかるとおり基底クラスを継承するときに，継承元クラス名の前にpublicをつけます．

#include <iostream>

class Parent {
public:
  void pub_method() { std::cout << "Parent::pub_method()" << std::endl; }
};

class PrivateChild : private Parent {
public:
  void test() { pub_method(); }
};

int main(int, char **) {

  // Public Inheritance.
  PublicChild pubc;
  pubc.pub_method();
  pubc.test();

  return 0;
}

private継承

次に，private継承の例です．こちらも見てわかるとおり基底クラスを継承するときに，継承元クラス名の前にprivateをつけます．

#include <iostream>

class Parent {
public:
  void pub_method() { std::cout << "Parent::pub_method()" << std::endl; }
};

class PrivateChild : private Parent {
public:
  void test() { pub_method(); }

};

int main(int, char **) {

  // Private Inheritance.
  PrivateChild prc;
  //prc.pub_method();  <- Private継承のため，基底クラスのメソッドに対するアクセス不可！
  prc.test();

  return 0;
}

で，結局何が違うんだ？という話なんですが，private継承のサンプルコードでは，継承元の基底クラスで宣言されているpublicメソッド（メンバーも同様）である"pub_method"がクラスのユーザから見えなくなってます．シンプルですが，ここが一番の違いかと．文法や挙動的な違いはシンプルなのですが，これがどのように役立つのかという点に関しては，，，

private継承を使うとき

public継承した場合，基底クラスのpublicメソッドはすべて派生クラスのユーザから見えるようになります．（使えるようになります．）private継承した場合は上記例で見たとおり，ユーザから見えなくなります．ということはprivate継承したい時というのは，"基底クラスの実装を再利用したい"んだけど，クラスのユーザには使わせたくない場合だということがわかります．ただ，オブジェクト指向的な考え方だと，public継承をする時って基本的にはis-aの関係が成立しなければいけませんでした．つまり，Humanクラスがあって，その派生クラスとしてMan, Womanクラスがあったとすると，Humanクラスで定義されているpublicメソッドはMan, Womanクラスのユーザも同様に使えるべきです．（例えば，eatとかsleepとか．）private継承はこれを禁止するので，基底クラスと派生クラスの間にもはやis-aの関係が成り立っていないことがわかります．これをEffective C++では"is-implemented-interms-of関係"と呼んでました．なんだか仰々しいですが，要はis-a関係は成立してないけど，既存の部品を再利用するときに使えということなのかなと．

private継承の代わりのコンポジションの利用

Effective C++では，private継承は実際のところあまり使うことはなく，コンポジションで代用可能だとしてました．上記の例をコンポジションで書き直すと．．．

#include <iostream>

class Parent {
public:
  void pub_method() { std::cout << "Parent::pub_method()" << std::endl; }
};

class PrivateChild {
public:
  void test() { m_parent.pub_method(); }

private:
  Parent m_parent;
};

int main(int, char **) {

  // Private Inheritance.
  PrivateChild prc;
  prc.test();

  return 0;
}

上記のサンプルコードでは，派生クラスのユーザには，Parentクラスのpub_method()は見えませんが，派生クラスの中ではParentクラスのpub_method()を自由に使うことができます．つまり，private継承と同じことが達成出来ています．

Empty Base Optimizationの話（これはprivate継承だけの話ではなく，public継承でも同じ効果があります．）

同じくEffective C++ 39項の話ですが，ちょっと話がとんでコンパイラの話になりました．これは全く知りませんでした．C++の言語的な規約で，空のクラスオブジェクトのサイズは０にできないらしいです．つまり，下記のクラスのオブジェクトはサイズ０ではないみたいです．

#include <iostream>
class Empty {};

int main(int, char**) {
  Empty emp;
  std::cout << sizeof(emp) << std::endl;
  return 0;
}

実際に上記のコードを実行すると，出力は１になります．でも実際にはEmptyクラスはやっぱり空なので，この１バイトは無駄になっています．メモリを節約したい場合（そこまで節約したい状況に自分が陥ったことは無いですが．．．）下記IntClassPrivateInheritanceのようにすればカラのクラスは余分な１バイトを取らないようです．でも，public継承にしても同じ効果があります．

#include <iostream>

class Empty {};

class IntClassComposition {
  int8_t intNum;
  Empty empty;
};

class IntClassPrivateInheritance : private Empty {
  int8_t intNum;
};

class IntClassPublicInheritance : private Empty {
  int8_t intNum;
};

int main(int, char**) {

  IntClassComposition intClassComposition;
  std::cout << sizeof(intClassComposition) << std::endl;

  IntClassPrivateInheritance intClassPrivateInheritance;
  std::cout << sizeof(intClassPrivateInheritance) << std::endl;

  IntClassPublicInheritance intClassPublicInheritance;
  std::cout << sizeof(intClassPublicInheritance) << std::endl;

  return 0;
}

実際には，staticなデータメンバや関数，typddefを持つクラスはSTLやBoostでは結構あるみたいなので，知らない間に使っているテクニックかと．