Effective C++ 筆記：繼承與面向對象設計精要 (條款 32-40)

核心原則速覽

條款 32：public 繼承塑模 is-a 關系

**定義**：`public` 繼承意味著「是一個」。基類契約 (介面、不變式、語義) 必須完整適用於派生類。

**反例**：`Penguin : public Bird`，若 `Bird::fly()` 存在，企鵝違反契約。正確建模應抽象出 `FlyingBird` 或用特徵類。

條款 33：避免遮掩繼承名稱

派生類同名函數會**遮掩**基類**所有**同名重載：

class Base { virtual void mf1(); virtual void mf1(int); void mf3(); void mf3(double); };
class Derived : public Base { virtual void mf1(); void mf3(); };

Derived d; d.mf1(10); // 錯誤！Derived::mf1 遮掩了 Base::mf1(int)

解決方案

1. using 聲明：`using Base::mf1; using Base::mf3;` 引入基類重載集
2. 轉交函數：private 繼承 + public 轉發，精確控制暴露介面

條款 34：區分接口繼承與實現繼承

條款 35：virtual 替代方案

1. NVI (Non-Virtual Interface) = Template Method 模式

class GameCharacter {
public:
    int healthValue() const {  // public non-virtual
        // 前置檢查、日誌、鎖...
        int ret = doHealthValue();  // 調用 private virtual
        // 後置處理...
        return ret;
    }
private:
    virtual int doHealthValue() const = 0;  // 派生類實現
};

**優勢**：基類控制調用前後邏輯，派生類只關注核心算法。

2. Strategy 模式

將算法封裝為可替換對象：

• 函數指針：`int (*calc)(const Character&)`
• `std::function` / `std::bind` (C++11)：支援仿函數、成員函數、Lambda
• 經典：策略類層次結構

**優勢**：運行時動態切換策略，同一對象不同階段可用不同算法。

條款 36：絕不重新定義 non-virtual 函數

non-virtual = **靜態綁定** (編譯期根據指針/引用類型決定)；virtual = **動態綁定** (運行期根據對象類型決定)。

Base* pb = new Derived;
pb->nonVirtualFunc();  // 永遠調用 Base::nonVirtualFunc()！

**後果**：違反 is-a，導致行為不一致。

條款 37：絕不重新定義繼承的缺省參數

**缺省參數靜態綁定**，virtual 函數動態綁定 → **靜態類型決定缺省值，動態類型決定函數體**。

class Shape { virtual void draw(Color c = Red) = 0; };
class Rect : public Shape { void draw(Color c = Green) override; };

Shape* ps = new Rect;
ps->draw();  // 調用 Rect::draw()，但缺省參數是 Red！

解決方案：NVI 手法

class Shape {
public:
    void draw(Color c = Red) const { doDraw(c); }  // 缺省參數只在這裡
private:
    virtual void doDraw(Color c) const = 0;  // 無缺省參數
};

條款 38：復合優於繼承表達 has-a

**繼承 = is-a** (類型關系)；**復合 = has-a / implemented-in-terms-of** (實現關系)。

**例**：`Set` 不應繼承 `List` (List 允許重複，Set 不允許，違反 is-a)；應包含 `List` 成員並封裝去重邏輯。

條款 39：審慎使用 private 繼承

`private` 繼承 = **implemented-in-terms-of** (按某物實現)。適用場景：

1. 需訪問基類 `protected` 成員
2. 需重新定義基類 `virtual` 函數
3. **空基類優化 (EBO)**：`class Derived : private Empty { int x; };` → `sizeof(Derived) == sizeof(int)`，無填充

**一般情況優先復合**，private 繼承耦合度更高。

條款 40：審慎使用多重繼承

鑽石繼承問題

class File { string name; };
class InputFile : public File { ... };
class OutputFile : public File { ... };
class IOFile : public InputFile, public OutputFile { ... }; // 兩份 name！

虛繼承解決

class InputFile : virtual public File { ... };
class OutputFile : virtual public File { ... };
class IOFile : public InputFile, public OutputFile { ... }; // 單份 name

代價

• 對象佈局複雜，體積/速度開銷
• 構造函數調用順序複雜 (虛基類由最派生類直接初始化)
• **最實用場景**：虛基類**不帶數據**，純介面

正當用例

`public` 繼承介面類 + `private` 繼承實現輔助類 = **介面繼承 + 實現復用** 的組合。

總結：設計決策清單

1. 是 **is-a** 嗎？→ `public` 繼承
2. 只是復用代碼？→ 復合 / `private` 繼承
3. 需運行時換算法？→ Strategy / `std::function`
4. 基類控制流程、派生類填細節？→ NVI
5. 多重繼承必要嗎？→ 虛繼承解鑽石，純介面虛基類