用C++ 設(shè)計(jì)一個(gè)不能被繼承的類

分析：這是Adobe 公司2007 年校園招聘的最新筆試題。這道題除了考察應(yīng)聘者的C++ 基本功底外，還能考察反應(yīng)能力，是一道很好的題目。 在Java 中定義了關(guān)鍵字final ，被final 修飾的類不能被繼承。但在C++ 中沒(méi)有final 這個(gè)關(guān)鍵字，要實(shí)現(xiàn)這個(gè)要求還是需要花費(fèi)一些精力。 首先想到的是在C++ 中，子類的構(gòu)造函數(shù)會(huì)自動(dòng)調(diào)用父類的構(gòu)造函數(shù)。同樣，子類的析構(gòu)函數(shù)也會(huì)自動(dòng)調(diào)用父類的析構(gòu)函數(shù)。要想一個(gè)類不能被繼承，我們只要把它的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)都定義為私有函數(shù)。那么當(dāng)一個(gè)類試圖從它那繼承的時(shí)候，必然會(huì)由于試圖調(diào)用構(gòu)造函數(shù)、析構(gòu)函數(shù)而導(dǎo)致編譯錯(cuò)誤。 可是這個(gè)類的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)都是私有函數(shù)了，我們?cè)鯓硬拍艿玫皆擃惖膶?shí)例呢？這難不倒我們，我們可以通過(guò)定義靜態(tài)來(lái)創(chuàng)建和釋放類的實(shí)例?；谶@個(gè)思路，我們可以寫(xiě)出如下的代碼： /////////////////////////////////////////////////////////////////////// // Define a class which can't be derived from /////////////////////////////////////////////////////////////////////// class FinalClass1 { public : ?????static FinalClass1* GetInstance() ????? { ???????????return new FinalClass1; ????? } ? ?????static void DeleteInstance( FinalClass1* pInstance) ????? { ???????????delete pInstance; ???????????pInstance = 0; ????? } ? private : ?????FinalClass1() {} ????? ~FinalClass1() {} }; 這個(gè)類是不能被繼承，但在總覺(jué)得它和一般的類有些不一樣，使用起來(lái)也有點(diǎn)不方便。比如，我們只能得到位于堆上的實(shí)例，而得不到位于棧上實(shí)例。 能不能實(shí)現(xiàn)一個(gè)和一般類除了不能被繼承之外其他用法都一樣的類呢？辦法總是有的，不過(guò)需要一些技巧。請(qǐng)看如下代碼： /////////////////////////////////////////////////////////////////////// // Define a class which can't be derived from /////////////////////////////////////////////////////////////////////// template class MakeFinal { ?????friend T; ? private : ?????MakeFinal() {} ????? ~MakeFinal() {} }; ? class FinalClass2 : virtual public MakeFinal { public : ?????FinalClass2() {} ????? ~FinalClass2() {} }; 這個(gè)類使用起來(lái)和一般的類沒(méi)有區(qū)別，可以在棧上、也可以在堆上創(chuàng)建實(shí)例。盡管類 MakeFinal 的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)都是私有的，但由于類 FinalClass2 是它的友元函數(shù)，因此在 FinalClass2 中調(diào)用 MakeFinal 的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)都不會(huì)造成編譯錯(cuò)誤。 但當(dāng)我們?cè)噲D從 FinalClass2 繼承一個(gè)類并創(chuàng)建它的實(shí)例時(shí)，卻不同通過(guò)編譯。 class Try : public FinalClass2 { public : ?????Try() {} ????? ~Try() {} }; ? Try temp; 由于類 FinalClass2 是從類 MakeFinal 虛繼承過(guò)來(lái)的，在調(diào)用 Try 的構(gòu)造函數(shù)的時(shí)候，會(huì)直接跳過(guò) FinalClass2 而直接調(diào)用 MakeFinal 的構(gòu)造函數(shù)。非常遺憾的是， Try 不是 MakeFinal 的友元，因此不能調(diào)用其私有的構(gòu)造函數(shù)。 基于上面的分析，試圖從 FinalClass2 繼承的類，一旦實(shí)例化，都會(huì)導(dǎo)致編譯錯(cuò)誤，因此是 FinalClass2 不能被繼承。這就滿足了我們?cè)O(shè)計(jì)要求。


從另外一篇文章里面copy過(guò)來(lái)：
如果大家熟悉java的話應(yīng)該知道java中有一種類不能被繼承,那就是final類.這種類有很多用處,尤其是在大的項(xiàng)目中控制類的繼承層次. 使子類數(shù)量不至于爆炸.在使用了多繼承的類層次中這也是防止出現(xiàn)菱形繼承層次結(jié)構(gòu)的一個(gè)好辦法. 要實(shí)現(xiàn)一個(gè)不能被繼承的類有很多方法.

　　如何使類不能被繼承呢?主要的思路就是使子類不能構(gòu)造父類的部分,這樣子類就沒(méi)有辦法實(shí)例化整個(gè)子類.這樣就限制了子類的繼承. 所以我們可以將父類的構(gòu)造函數(shù)聲明成為私有的,但是這樣父類不就不能實(shí)例化了嗎?可以添加一個(gè)靜態(tài)幫助函數(shù)來(lái)進(jìn)行構(gòu)造. 雖然這樣很簡(jiǎn)陋.但是這的確是一種解決方法.

　　可是如果只有這個(gè)方法能夠解決,那么C++實(shí)在是太不靈活了.而且這也不值得寫(xiě)一片文章出來(lái)!有沒(méi)有辦法解決上面的方法中的那些問(wèn)題呢?

　　當(dāng)然有!我們可以利用友員不能被繼承的特性!

　　首先假設(shè)已經(jīng)有一個(gè)類CXX.這是某一個(gè)類層次的分支,我們現(xiàn)在要從CXX繼承一個(gè)Final子類CParent來(lái),也就是CParent不能夠被繼承. 我們可以充分利用友員不能被繼承的特點(diǎn),也就是說(shuō)讓CParent是某一個(gè)類的友員和子類,CParent可以構(gòu)造,但是CParent的子類 CChild確不能繼承那個(gè)友員特性,所以不能被構(gòu)造.所以我們引入一個(gè)CFinalClassMixin.
任何類從它繼承都不能被實(shí)例化
同時(shí)這個(gè)類本身我們也不希望它被實(shí)例化.
如何實(shí)現(xiàn)這個(gè)類那?很簡(jiǎn)單!那就是實(shí)現(xiàn)一個(gè)構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)都是private的類就行了.同時(shí)在這類里面將我們的CParent聲明為友員. 代碼如下:


class CFinalClassMixin
{
friend class CParent;
private:
CFinalClassMixin(){}
~CFinalClassMixin(){}
};

>//我們的CParent代碼應(yīng)該如下:
class CParent:publicCXXX
{
public:
CParent(){}
~CParent(){}
};

　　它是從CXXX擴(kuò)展的一個(gè)類(注,此時(shí)它還是能夠被繼承).現(xiàn)在我們需要它不能被繼承.那么只要將代碼改成

class CParent:public CFinalClassMixin, public CXXX
{
public:
CParent(){}
~>CParent(){}
};

就行了.現(xiàn)在從CParent繼承一個(gè)子類試試

class CChild:public CParent{};

編譯一下代碼試試,發(fā)現(xiàn):竟然沒(méi)有作用!!

靠,這是為什么!

　　現(xiàn)在再回想一下我們這么操作的原因,也就是這個(gè)方案的原理,那就是讓父類可以訪問(wèn)Mixin類的構(gòu)造函數(shù),但是子類不能訪問(wèn).

　　現(xiàn)在看看我們的代碼,發(fā)現(xiàn)父類是CFinalClassMixin類的友員,可以訪問(wèn)它的構(gòu)造函數(shù).因?yàn)橛褑T不能繼承,所以CChild不能訪問(wèn)CFinalClassMixin的構(gòu)造函數(shù).所以應(yīng)該不能被實(shí)例化.

　　CChild的確不能訪問(wèn)CFinalClassMixin的構(gòu)造函數(shù),但是它卻不必調(diào)用它!我想這就是問(wèn)題的原因所在.CChild是通過(guò)CParent來(lái)構(gòu)造CFinalClassMixin的,所以這個(gè)友員對(duì)他并沒(méi)有什么用處!

　　現(xiàn)在問(wèn)題找到了.要解決很簡(jiǎn)單.只要讓CChild必須調(diào)用CFinalClassMixin的構(gòu)造函數(shù)就行了,怎么才能達(dá)到目的呢?

　　還記得虛繼承嗎?虛繼承的一個(gè)特征就是虛基類的構(gòu)造函數(shù)由最終子類負(fù)責(zé)構(gòu)造!所以將CParent從CFinalClassMixin繼承改成從CFinalClassMixin虛繼承就可以了.代碼如下:

class CParent:virtual public CFinalClassMixin, public CXXX
{
public:
CParent(){}
CParent(){}
};

現(xiàn)在試試,行了.

　　但是可能有些人會(huì)對(duì)多繼承心有余悸!但是我們這里并沒(méi)有必要這么擔(dān)心!為什么?因?yàn)槲覀兊腃FinalClassMixin類是純的!pure! 也就是說(shuō)它根本沒(méi)有成員變量!那么我們就根本不用擔(dān)心多繼承帶來(lái)的最大問(wèn)題.菱形繼承產(chǎn)生的數(shù)據(jù)冗余.以及二義性.

現(xiàn)在還有個(gè)不足!那就是我們不能每次使用這個(gè)CFinalClassMixin類就在里面加上對(duì)某個(gè)類的友員聲明啊!這多麻煩啊! 雖然不是什么大問(wèn)題,但是我覺(jué)的還是要解決,因?yàn)槲页浞中湃蜟++!

　　解決的方法也很簡(jiǎn)單!那就是使用模板!具體描述就省略了,給出代碼大家一看就知道了

下面是我得測(cè)試程序的完整代碼(其中的CFinalClassmixin已經(jīng)改成模板)


// finaltest.cpp : Defines the entry point for the console application.
//
#include "stdafx.h"
#include
using namespace std;

template
class CFinalClassMixin
{
friend T;
private:
CFinalClassMixin(){}
~CFinalClassMixin(){}
};
class CXXX
{
public:
CXXX(){cout << "I am CXXX" << endl;}
~CXXX(){}
};
class CParent:virtual public CFinalClassMixin, public CXXX
{
public:
CParent(){}
~CParent(){}
};
class CChild:public CParent{};
int main(int argc, char* argv[])
{
CParent a; // 可以構(gòu)造
//CChild b; //不能構(gòu)造
return 0;
}

　　現(xiàn)在只要對(duì)不想被繼承的類加入一個(gè)CFinalClassMixin混合類做父類就行了.

　　通過(guò)限制構(gòu)造函數(shù),我們就達(dá)到了限制繼承的目的.但是這對(duì)有些還是個(gè)例外,比如全是靜態(tài)函數(shù)的類.這些類本身就不需要構(gòu)造. 所以我們對(duì)它沒(méi)有辦法.但是在大多數(shù)情況下,一個(gè)全是靜態(tài)函數(shù)的類多少暗示了程序本身的設(shè)計(jì)可能是需要斟酌的.

　　其實(shí)這只是Mixin類(混合類)使用的一個(gè)小小例子.還有很多其他的用處,比如UnCopiale等等.就不多說(shuō)了. 我想說(shuō)明的是大家可能對(duì)多繼承比較反感.但是過(guò)分否定也是得不償失的.現(xiàn)在對(duì)多繼承到底應(yīng)不應(yīng)該使用還處在爭(zhēng)論階段. 我覺(jué)得一個(gè)方法是否使用得當(dāng),關(guān)鍵還是在于使用的人.

具體參見(jiàn)：http://blog.sina.com.cn/s/blog_69d9bff30100odlz.html