継承のアクセスレベル

CoddyのC++ジャーニー「オブジェクト指向プログラミング」セクションの一部。レッスン 49/104。

選択した inheritance の型は、derived class で base class のメンバーにどのようにアクセスできるかに影響します。C++ では、public、protected、private inheritance の3つの選択肢があります。

各タイプがメンバーの access をどのように変換するかは次のとおりです：

Base メンバー	public inheritance	protected inheritance	private inheritance
public	public	protected	private
protected	protected	protected	private
private	inaccessible	inaccessible	inaccessible

class Base {
public:
    int pub;
protected:
    int prot;
private:
    int priv;
};

class PublicDerived : public Base {
    // pub は public、prot は protected、priv はアクセス不可
};

class ProtectedDerived : protected Base {
    // pub は protected、prot は protected、priv はアクセス不可
};

class PrivateDerived : private Base {
    // pub は private、prot は private、priv はアクセス不可
};

Public inheritanceは「is-a」関係をモデル化するもので、はるかに最も一般的です。DogはAnimalなので、external codeはそれをAnimalとして扱えます。

protected と private inheritance model 「実装によって実現される」関係です。これらは base class のインターフェースを外部コードから隠すため、inheritance 関係を公開せずに実装を再利用したい場合に便利です。private inheritance では、さらに derived クラスでさえ、元の base メンバーへの access を失います。

チャレンジ

簡単

異なる継承タイプがメンバーへのアクセス可能性にどのような影響を与えるかを、シンプルなデバイス階層を構築して見てみましょう。基本となる Device class と、異なる継承タイプをそれぞれ使用する3つの derived class を作成し、public、protected、private 継承によってメンバーへのアクセスがどのように変化するかを実際に確認します。

コードを2つのファイルに分けて整理します。

Device.h: 異なる access level にある3つのメンバーを持つ基本 Device class を define します。
- public な std::string model
- protected な int serialNumber
- private な int internalCode（デフォルトで999に設定）
- 次を prints する public method showModel(): Model: <model>
次に、それぞれ異なる継承タイプを使用して Device から継承する3つの derived class を Create します。
- PublicDevice（public inheritance を使用）: 次を prints する method displaySerial() を追加します: Serial: <serialNumber>
- ProtectedDevice（protected inheritance を使用）: 次を prints する method displaySerial() を追加します: Serial: <serialNumber>
- PrivateDevice（private inheritance を使用）: 次を prints する method displaySerial() を追加します: Serial: <serialNumber>
各 derived class には、model name と serial number を受け取り、model を base class に渡して serial number を設定する Constructor が必要です。
main.cpp: 2つの input を読み取ります（それぞれ別の行に入力）。
1. Model name（string）
2. Serial number（integer）
同じ input values を使用して、各 derived type の object を1つずつ Create します。その後、access の違いを Demonstrate します。

PublicDevice の場合:
- object 上で直接 showModel() を Call します（public inheritance によって public のまま保たれるため動作します）
- model に直接 access し、次を print します: Direct model access: <model>
- displaySerial() を Call します
ProtectedDevice と PrivateDevice の場合:
- displaySerial() のみを Call します（継承された showModel() と model は、外部からはもはや public に access できません）
出力形式:
```
--- PublicDevice ---
Model: <model>
Direct model access: <model>
Serial: <serial>
--- ProtectedDevice ---
Serial: <serial>
--- PrivateDevice ---
Serial: <serial>
```

例えば、input が Laptop と 12345 の場合:

--- PublicDevice ---
Model: Laptop
Direct model access: Laptop
Serial: 12345
--- ProtectedDevice ---
Serial: 12345
--- PrivateDevice ---
Serial: 12345

PublicDevice だけが、継承された public members への external access を許可していることに注目してください。他の継承タイプでは、base class の interface は外部 code から隠されますが、derived class は独自の method を通じて protected members に内部から access できます。

自分で試してみよう

#include <iostream>
#include <string>
#include "Device.h"

using namespace std;

int main() {
    // 入力を読み取る
    string modelName;
    int serialNum;
    
    getline(cin, modelName);
    cin >> serialNum;
    
    // TODO: 入力値を使って各派生型のオブジェクトを作成する
    // PublicDevice pubDev(modelName, serialNum);
    // ProtectedDevice protDev(modelName, serialNum);
    // PrivateDevice privDev(modelName, serialNum);
    
    // TODO: Demonstrate PublicDevice access
    cout << "--- PublicDevice ---" << endl;
    // - オブジェクトに対して直接 showModel() を呼び出す
    // - Access model directly and print: Direct model access: <model>
    // - displaySerial() を呼び出す
    
    // TODO: Demonstrate ProtectedDevice access
    cout << "--- ProtectedDevice ---" << endl;
    // - displaySerial() のみを呼び出す（showModel と model は公開アクセスできない）
    
    // TODO: Demonstrate PrivateDevice access
    cout << "--- PrivateDevice ---" << endl;
    // - displaySerial() のみを呼び出す（showModel と model は公開アクセスできない）
    
    return 0;
}