C++实现不能被继承的类——终结类

1.       问题

C++如何实现不能被继承的类,即终结类。Java中有final关键字修饰,C#中有sealed关键字修饰,而C++目前还没有类似的关键字来修饰类实现终结类,需编程人员手动实现。但从C++11开始,提出了final关键字来申明终结类。

2.       解决方法

基本思路:由于任何派生类的对象在创建的时候,都必需在派生类的构造函数中调用父类的构造函数。所以,只要类的构造函数在子类中无法被访问,那么就阻止了该类被继承,实现终结类。

如果将一个类的构造函数声明为私有(private),可以阻止该类进一步派生,但是该类也无法直接实例化了,此方法行不通。注意,构造函数为private的类,无法直接实例化,但是可以被间接实例化。间接实例化方法是:类中定义一个公有的静态成员函数,由这个函数来完成对象的初始化工作。联想到C++的单例模式singleton,也是用到了这个方法,C++的单例模式的实现见如下代码:

class CSingleton  
{  
private:  
    CSingleton(){};   //构造函数是私有的  
    static CSingleton *m_pInstance;  
public:  
    static CSingleton * GetInstance()  
    {  
        if(m_pInstance == NULL)  //判断是否第一次调用  
            m_pInstance = new CSingleton();  
        return m_pInstance;  
    }  
};  

C++中实现不能被继承的类的最为有效安全方便的方法是使用“虚拟继承”。一个基类如果被虚拟继承,那么在创建它的孙子类的对象时,该基类的构造函数需要单独被调用。此时,如果该基类的构造函数在孙子类的构造函数中无法访问,那么就实现了基类的子类不能被继承。

利用虚拟继承的这种特性,我们可以设计出这样一个基类FinalParent,它不定义任何数据成员,这样任何类从它派生并不会增加任何空间上的开销。将它的默认构造函数的访问权限设定为protected,这样它自身不能产生任何实例,只能用作基类。一个使用基类FinalParent的实现终结类的例子如下:

#include <iostream>
using namespace std;
class FinalParent
{
protected:
  FinalParent();
};

class FinalClass:private virtual FinalParent
{
public:
  FinalClass():num(1){};
  void show()
  {
     cout<<"num:"<<num<<endl;
  }
private:
  int num;

};

class FinalClassChild:public FinalClass
{
  int a;
public:
  FinalClassChild():a(0){};
};

int main(int argc,char* argv[])
{
  FinalClassChild f;//报错,无法访问FinalParent::FinalParent()
  return 0;
}

从程序中可以看出,当FinalClassChild试图继承FinalClass的时候,FinalClassChild的构造函数中需要调用FinalParent的构造函数,而FinalParent的构造函数在FinalClass中已经变成了私有private,不能被FinalClassChild的任何成员函数所访问,导致编译错误。所以,任何一个类,只要虚拟继承类FinalParent,就不能被继续继承,从而简单、高效安全的实现了“终结类”。

参考文献:

[1]陈刚.C++高级进阶教程[M].武汉:武汉大学出版社,2008:280-282

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