内部类 (Inner Class)

目的

不用通过多重继承就可以实现多套接口,同时可以自然地向上转换(Up-casting)。
在单个抽象下提供相同接口的多个实现。

别名

动机

两个独立类库通过不同的接口提供的虚函数签名可能冲突，如果这时需要同时实现这两个函数就会出现问题。示例如下:

class Base1  /// 来自月球
{
  public:
      virtual int open (int) = 0;
      /* virtual */ ~Base1() {}  // 不允许多态的析构函数
};

class Base2  /// 来自木星
{
  public:
      virtual int open (int) = 0;
      /* virtual */ ~Base2() {}  // 不允许多态的析构函数
};

class Derived : public Base1, public Base2
{
  public:
    virtual int open (int i)
    {
      // Wow! 到底来自哪里?
      return 0;
    }
    /* virtual */ ~Derived () {}
};

内部类惯用法就是用来解决这个问题。

解决方案及示例

仍然是上面的例子，两个基类不用修改，改用如下方式实现子类:

#include <iostream>
class Base1  /// 来自月球
{
  public:
      virtual int open (int) = 0;
      /* virtual */ ~Base1() {}  // 不允许多态的析构函数
};

class Base2  /// 来自木星
{
  public:
      virtual int open (int) = 0;
      /* virtual */ ~Base2() {}  // 不允许多态的析构函数
};

class Derived  // 注意没有继承
{
  class Base1_Impl;
  friend class Base1_Impl;  // 注意声明友元
  class Base1_Impl : public Base1  // 注意是公共继承
  {
   public:
    Base1_Impl(Derived* p) : parent_(p) {}
    int open() override { return parent_->base1_open(); }

   private:
    Derived* parent_;
  } base1_obj;  // 注意成员变量.

  class Base2_Impl;
  friend class Base2_Impl;  // 注意声明友元
  class Base2_Impl : public Base2  // 公共继承
                     {
   public:
    Base2_Impl(Derived* p) : parent_(p) {}
    int open() override { return parent_->base2_open(); }

   private:
    Derived* parent_;
  } base2_obj;  // 成员变量

  int base1_open() { return 111; }  /// 实现
  int base2_open() { return 222; }  /// 实现

 public:

  Derived() : base1_obj(this), base2_obj(this) {}

  operator Base1&() { return base1_obj; }  /// 转到Base1&
  operator Base2&() { return base2_obj; }  /// 转到Base2&

}; /// class Derived

int base1_open(Base1& b1) { return b1.open(); }

int base2_open(Base2& b2) { return b2.open(); }

int main(void) {
  Derived d;
  std::cout << base1_open(d) << std::endl;  // Like upcasting in inheritance.
  std::cout << base2_open(d) << std::endl;  // Like upcasting in inheritance.
}

附个类图便于理解:

inner_class

这里的类Derived并不是子类，而是通过内部的两个嵌套类实现不同的接口，再桥接回到自己定义的两个实现的函数： base1_open及base2_open。两个嵌套类不会共享继随关系，通过Derived类提供的两个转换操作符可以实现Derived转换到任意的基类。另外两个内部类对象也免去了额外的生命周期管理，它们的生命周期与Derived对象一致。