用C++ 设计一个不能被继承的类

分析：这是Adobe 公司2007 年校园招聘的最新笔试题。这道题除了考察应聘者的C++ 基本功底外，还能考察反应能力，是一道很好的题目。 在Java 中定义了关键字final ，被final 修饰的类不能被继承。但在C++ 中没有final 这个关键字，要实现这个要求还是需要花费一些精力。 首先想到的是在C++ 中，子类的构造函数会自动调用父类的构造函数。同样，子类的析构函数也会自动调用父类的析构函数。要想一个类不能被继承，我们只要把它的构造函数和析构函数都定义为私有函数。那么当一个类试图从它那继承的时候，必然会由于试图调用构造函数、析构函数而导致编译错误。 可是这个类的构造函数和析构函数都是私有函数了，我们怎样才能得到该类的实例呢？这难不倒我们，我们可以通过定义静态来创建和释放类的实例。基于这个思路，我们可以写出如下的代码： /////////////////////////////////////////////////////////////////////// // 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() {} }; 这个类是不能被继承，但在总觉得它和一般的类有些不一样，使用起来也有点不方便。比如，我们只能得到位于堆上的实例，而得不到位于栈上实例。 能不能实现一个和一般类除了不能被继承之外其他用法都一样的类呢？办法总是有的，不过需要一些技巧。请看如下代码： /////////////////////////////////////////////////////////////////////// // 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() {} }; 这个类使用起来和一般的类没有区别，可以在栈上、也可以在堆上创建实例。尽管类 MakeFinal 的构造函数和析构函数都是私有的，但由于类 FinalClass2 是它的友元函数，因此在 FinalClass2 中调用 MakeFinal 的构造函数和析构函数都不会造成编译错误。 但当我们试图从 FinalClass2 继承一个类并创建它的实例时，却不同通过编译。 class Try : public FinalClass2 { public :      Try() {}       ~Try() {} };   Try temp; 由于类 FinalClass2 是从类 MakeFinal 虚继承过来的，在调用 Try 的构造函数的时候，会直接跳过 FinalClass2 而直接调用 MakeFinal 的构造函数。非常遗憾的是， Try 不是 MakeFinal 的友元，因此不能调用其私有的构造函数。 基于上面的分析，试图从 FinalClass2 继承的类，一旦实例化，都会导致编译错误，因此是 FinalClass2 不能被继承。这就满足了我们设计要求。


从另外一篇文章里面copy过来：
如果大家熟悉java的话应该知道java中有一种类不能被继承,那就是final类.这种类有很多用处,尤其是在大的项目中控制类的继承层次. 使子类数量不至于爆炸.在使用了多继承的类层次中这也是防止出现菱形继承层次结构的一个好办法. 要实现一个不能被继承的类有很多方法.

　　如何使类不能被继承呢?主要的思路就是使子类不能构造父类的部分,这样子类就没有办法实例化整个子类.这样就限制了子类的继承. 所以我们可以将父类的构造函数声明成为私有的,但是这样父类不就不能实例化了吗?可以添加一个静态帮助函数来进行构造. 虽然这样很简陋.但是这的确是一种解决方法.

　　可是如果只有这个方法能够解决,那么C++实在是太不灵活了.而且这也不值得写一片文章出来!有没有办法解决上面的方法中的那些问题呢?

　　当然有!我们可以利用友员不能被继承的特性!

　　首先假设已经有一个类CXX.这是某一个类层次的分支,我们现在要从CXX继承一个Final子类CParent来,也就是CParent不能够被继承. 我们可以充分利用友员不能被继承的特点,也就是说让CParent是某一个类的友员和子类,CParent可以构造,但是CParent的子类 CChild确不能继承那个友员特性,所以不能被构造.所以我们引入一个CFinalClassMixin.
任何类从它继承都不能被实例化
同时这个类本身我们也不希望它被实例化.
如何实现这个类那?很简单!那就是实现一个构造函数和析构函数都是private的类就行了.同时在这类里面将我们的CParent声明为友员. 代码如下:


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

>//我们的CParent代码应该如下:
class CParent:publicCXXX
{
public:
CParent(){}
~CParent(){}
};

　　它是从CXXX扩展的一个类(注,此时它还是能够被继承).现在我们需要它不能被继承.那么只要将代码改成

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

就行了.现在从CParent继承一个子类试试

class CChild:public CParent{};

编译一下代码试试,发现:竟然没有作用!!

靠,这是为什么!

　　现在再回想一下我们这么操作的原因,也就是这个方案的原理,那就是让父类可以访问Mixin类的构造函数,但是子类不能访问.

　　现在看看我们的代码,发现父类是CFinalClassMixin类的友员,可以访问它的构造函数.因为友员不能继承,所以CChild不能访问CFinalClassMixin的构造函数.所以应该不能被实例化.

　　CChild的确不能访问CFinalClassMixin的构造函数,但是它却不必调用它!我想这就是问题的原因所在.CChild是通过CParent来构造CFinalClassMixin的,所以这个友员对他并没有什么用处!

　　现在问题找到了.要解决很简单.只要让CChild必须调用CFinalClassMixin的构造函数就行了,怎么才能达到目的呢?

　　还记得虚继承吗?虚继承的一个特征就是虚基类的构造函数由最终子类负责构造!所以将CParent从CFinalClassMixin继承改成从CFinalClassMixin虚继承就可以了.代码如下:

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

现在试试,行了.

　　但是可能有些人会对多继承心有余悸!但是我们这里并没有必要这么担心!为什么?因为我们的CFinalClassMixin类是纯的!pure! 也就是说它根本没有成员变量!那么我们就根本不用担心多继承带来的最大问题.菱形继承产生的数据冗余.以及二义性.

现在还有个不足!那就是我们不能每次使用这个CFinalClassMixin类就在里面加上对某个类的友员声明啊!这多麻烦啊! 虽然不是什么大问题,但是我觉的还是要解决,因为我充分信任C++!

　　解决的方法也很简单!那就是使用模板!具体描述就省略了,给出代码大家一看就知道了

下面是我得测试程序的完整代码(其中的CFinalClassmixin已经改成模板)


// 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; // 可以构造
//CChild b; //不能构造
return 0;
}

　　现在只要对不想被继承的类加入一个CFinalClassMixin混合类做父类就行了.

　　通过限制构造函数,我们就达到了限制继承的目的.但是这对有些还是个例外,比如全是静态函数的类.这些类本身就不需要构造. 所以我们对它没有办法.但是在大多数情况下,一个全是静态函数的类多少暗示了程序本身的设计可能是需要斟酌的.

　　其实这只是Mixin类(混合类)使用的一个小小例子.还有很多其他的用处,比如UnCopiale等等.就不多说了. 我想说明的是大家可能对多继承比较反感.但是过分否定也是得不偿失的.现在对多继承到底应不应该使用还处在争论阶段. 我觉得一个方法是否使用得当,关键还是在于使用的人.

具体参见：http://blog.sina.com.cn/s/blog_69d9bff30100odlz.html