C++中定义一个不能被继承的类(友元类+类模板)

自从C++11标准出来之后，就有了关键字final可以直接声明一个类不能被继承。那么，在此之前如果想要一个类不能被继承，可能还需要下一番功夫。

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原文地址：https://www.qingdujun.com/zh-CN/cpp-class-cannot-be-inherited.html

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1.声明构造函数为私有

如果将构造函数、虚构函数声明为私有的，那么这个类肯定不能被继承。

class A {
private:
	A() {}
	~A() {}
};

存在的问题
虽然这样的类不能被子类继承，但是本身也无法创建对象。为了解决该问题，可以使用借鉴单例模式的方式，在类中创建好对象。
由于这里讲的不是单例模式，也不追究这个例子是否符合多线程访问了。

class A {
public:
	static A* getInstance() {
		if (!s_inst) {
			s_inst = new A();
		}
		return s_inst;
	}
private:
	A() {}
	~A() {}
	static A* s_inst;
};
A* A::s_inst = nullptr;

并不符合要求
这种被限制了的类，显然不是我们想要的。那么如果再改进一下，以满足要求呢？

2.子类声明为基类的友元类

上面很明确的说明了，构造函数为私有的情况下是无法被继承的。但是有一种方法，可以用“友元类”来打破它。

class B;//Class declaration

class A {
private:
	A() {}
	~A() {}
	friend B;
};

class B : public A {
public:
	B() {}
	~B() {}
};

以上这种写法有一个问题，就是我们改变了“基类A”让它可以被继承。
但是也引入了另一个问题——其他类也可以继承“类B”了。

而且我们的目的是写一个不能被继承的类，那还有没有其他的方法呢？

3.虚继承——子类直接调用虚基类的构造函数（私有）

既然基类构造函数为私有的，肯定不能直接继承，这一点是确定的。上一节中，既然“类B”可以被继承，因为它的构造函数是公有的。

那么还有一种方式是“虚继承”。

我们知道“虚继承”有一个特性，一般而言，初始化时子类都会调用直接基类的构造函数从而先初始化基类，但是C++“多继承”时为了避免重复初始化问题，引入了“虚继承”概念————它使用了一套，让最远的子类直接初始化虚基类，其父类不再初始化基类，而避免了重复初始化问题。

class B;//Class declaration

class A {
private:
	A() {}
	~A() {}
	friend B;
};

class B : virtual public A {
public:
	B() {}
	~B() {}
};

class C : public B { //error
public:
	C() {

	}
};

对上面的代码解释一下，由于“类B”虚继承自“类A”，而“类C”又继承自“类B”。
那么就会由“类C”直接调用“类A”的构造函数，这一步就失败了…从而造成了“类B”和“类A”这一个整体类不能被继承。

那么，“类C”是否可以“虚继承”自上面这个整体类呢？

答案也是否定的，“类B”之所以可以虚继承“类A”————那是因为声明了“友元类”。
很显然，就算“类C”虚继承以上的任意一个类，都是不可以的，因为不管继承谁，都会由“类C”自己负责调用“类A”的构造函数，这一步始终无法做到。

4.类模板——不失一般性

为了不失一般性，这里引入“类模板”概念。引入该概念之后，“类B”继承“类A”的时候一定要指明类型（比如，A<B>）。

template <typename T>
class A {
	friend T;
private:
	A() {}
	~A() {}
};

class B : virtual public A<B> {

};

那么，这里最终的“类B”是一个不能被继承的类。但是注意，“类A”却变的是可以被继承的。

©qingdujun
2018-12-7 北京 海淀

References:

[1] C++ Primer（第五版）
[2] C++中定义一个不能被继承的类
[3] 面试题28：不能被继承的类
[4] c++设计一个不能被继承的类，为什么必须是虚继承？原因分析
[5] C++ 类模板和模板类