用C++ 設計一個不能被繼承的類

分析：這是Adobe 公司2007 年校園招聘的最新筆試題。這道題除了考察應聘者的C++ 基本功底外，還能考察反應能力，是一道很好的題目。 在Java 中定義了關鍵字final ，被final 修飾的類不能被繼承。但在C++ 中沒有final 這個關鍵字，要實現(xiàn)這個要求還是需要花費一些精力。 首先想到的是在C++ 中，子類的構造函數(shù)會自動調(diào)用父類的構造函數(shù)。同樣，子類的析構函數(shù)也會自動調(diào)用父類的析構函數(shù)。要想一個類不能被繼承，我們只要把它的構造函數(shù)和析構函數(shù)都定義為私有函數(shù)。那么當一個類試圖從它那繼承的時候，必然會由于試圖調(diào)用構造函數(shù)、析構函數(shù)而導致編譯錯誤。 可是這個類的構造函數(shù)和析構函數(shù)都是私有函數(shù)了，我們怎樣才能得到該類的實例呢？這難不倒我們，我們可以通過定義靜態(tài)來創(chuàng)建和釋放類的實例?；谶@個思路，我們可以寫出如下的代碼： /////////////////////////////////////////////////////////////////////// // 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() {} }; 這個類是不能被繼承，但在總覺得它和一般的類有些不一樣，使用起來也有點不方便。比如，我們只能得到位于堆上的實例，而得不到位于棧上實例。 能不能實現(xiàn)一個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，不過需要一些技巧。請看如下代碼： /////////////////////////////////////////////////////////////////////// // 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() {} }; 這個類使用起來和一般的類沒有區(qū)別，可以在棧上、也可以在堆上創(chuàng)建實例。盡管類 MakeFinal 的構造函數(shù)和析構函數(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 的構造函數(shù)和析構函數(shù)都不會造成編譯錯誤。 但當我們試圖從 FinalClass2 繼承一個類并創(chuàng)建它的實例時，卻不同通過編譯。 class Try : public FinalClass2 { public : ?????Try() {} ????? ~Try() {} }; ? Try temp; 由于類 FinalClass2 是從類 MakeFinal 虛繼承過來的，在調(diào)用 Try 的構造函數(shù)的時候，會直接跳過 FinalClass2 而直接調(diào)用 MakeFinal 的構造函數(shù)。非常遺憾的是， Try 不是 MakeFinal 的友元，因此不能調(diào)用其私有的構造函數(shù)。 基于上面的分析，試圖從 FinalClass2 繼承的類，一旦實例化，都會導致編譯錯誤，因此是 FinalClass2 不能被繼承。這就滿足了我們設計要求。


從另外一篇文章里面copy過來：
如果大家熟悉java的話應該知道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)菱形繼承層次結構的一個好辦法. 要實現(xiàn)一個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造父類的部分,這樣子類就沒有辦法實例化整個子類.這樣就限制了子類的繼承. 所以我們可以將父類的構造函數(shù)聲明成為私有的,但是這樣父類不就不能實例化了嗎?可以添加一個靜態(tài)幫助函數(shù)來進行構造. 雖然這樣很簡陋.但是這的確是一種解決方法.

　　可是如果只有這個方法能夠解決,那么C++實在是太不靈活了.而且這也不值得寫一片文章出來!有沒有辦法解決上面的方法中的那些問題呢?

　　當然有!我們可以利用友員不能被繼承的特性!

　　首先假設已經(jīng)有一個類CXX.這是某一個類層次的分支,我們現(xiàn)在要從CXX繼承一個Final子類CParent來,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,也就是說讓CParent是某一個類的友員和子類,CParent可以構造,但是CParent的子類 CChild確不能繼承那個友員特性,所以不能被構造.所以我們引入一個CFinalClassMixin.
任何類從它繼承都不能被實例化
同時這個類本身我們也不希望它被實例化.
如何實現(xiàn)這個類那?很簡單!那就是實現(xiàn)一個構造函數(shù)和析構函數(shù)都是private的類就行了.同時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代碼應該如下:
class CParent:publicCXXX
{
public:
CParent(){}
~CParent(){}
};

　　它是從CXXX擴展的一個類(注,此時它還是能夠被繼承).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繼承一個子類試試

class CChild:public CParent{};

編譯一下代碼試試,發(fā)現(xiàn):竟然沒有作用!!

靠,這是為什么!

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

　　現(xiàn)在看看我們的代碼,發(fā)現(xiàn)父類是CFinalClassMixin類的友員,可以訪問它的構造函數(shù).因為友員不能繼承,所以CChild不能訪問CFinalClassMixin的構造函數(shù).所以應該不能被實例化.

　　CChild的確不能訪問CFinalClassMixin的構造函數(shù),但是它卻不必調(diào)用它!我想這就是問題的原因所在.CChild是通過CParent來構造CFinalClassMixin的,所以這個友員對他并沒有什么用處!

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

　　還記得虛繼承嗎?虛繼承的一個特征就是虛基類的構造函數(shù)由最終子類負責構造!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.

　　但是可能有些人會對多繼承心有余悸!但是我們這里并沒有必要這么擔心!為什么?因為我們的CFinalClassMixin類是純的!pure! 也就是說它根本沒有成員變量!那么我們就根本不用擔心多繼承帶來的最大問題.菱形繼承產(chǎn)生的數(shù)據(jù)冗余.以及二義性.

現(xiàn)在還有個不足!那就是我們不能每次使用這個CFinalClassMixin類就在里面加上對某個類的友員聲明啊!這多麻煩啊! 雖然不是什么大問題,但是我覺的還是要解決,因為我充分信任C++!

　　解決的方法也很簡單!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; // 可以構造
//CChild b; //不能構造
return 0;
}

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

　　通過限制構造函數(shù),我們就達到了限制繼承的目的.但是這對有些還是個例外,比如全是靜態(tài)函數(shù)的類.這些類本身就不需要構造. 所以我們對它沒有辦法.但是在大多數(shù)情況下,一個全是靜態(tài)函數(shù)的類多少暗示了程序本身的設計可能是需要斟酌的.

　　其實這只是Mixin類(混合類)使用的一個小小例子.還有很多其他的用處,比如UnCopiale等等.就不多說了. 我想說明的是大家可能對多繼承比較反感.但是過分否定也是得不償失的.現(xiàn)在對多繼承到底應不應該使用還處在爭論階段. 我覺得一個方法是否使用得當,關鍵還是在于使用的人.

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