How to implement the similar mechanism with Java final in c++?

来源：互联网发布：黑社会性质团伙知乎编辑：程序博客网时间：2024/05/22 11:43

今天看到了网上整理的面试题目，觉得这一题挺有趣的就做了相关的查询和解答吧。

我认为java中final 在修饰不同的对象时有不同的结果，可以分为一下三种情况：

1 修饰变量 ---- 该变量的值是固定的不可改变。

2 修饰函数 ---- 该函数不可被之类覆盖。

3 修饰类 ---- 该类不可被继承。

我认为对应的实现方式分别为：

1 修饰变量 ---- C++有对应的const修饰字符，指定该变量的值不可被修改。

2 修饰函数 ----- 该函数不可被子类覆盖。这个方法有以下几种实现方案：

（1）将函数生命为私有函数。这样肯定就不会被之类覆盖重写了。

3 修饰类 ---- 将类的构造函数和析构函数私有化，那么这个类肯定就不能被继承了。

（1）将构造函数声明为私有化。

[cpp] view plaincopy

class NoDerivedClass
{
public :
static NoDerivedClass* CreateInstance()
{
return new NoDerivedClass;
}
static void DeleteInstance(NoDerivedClass* pInstance)
{
delete pInstance;
pInstance = 0;
}
private :
NoDerivedClass() {}
~NoDerivedClass() {}
};

（2）使用友元函数和虚拟继承机制实现。

[cpp] view plaincopy

template <typename T>
class NoDerivedClassHelper
{
friend T;
private :
NoDerivedClassHelper() {};
~NoDerivedClassHelper () {};
};
class NoDerivedClass: virtual public NoDerivedClassHelper<NoDerivedClass> //※
{
public :
NoDerivedClass () {}
~ NoDerivedClass () {}
};

（3）使用虚继承，但是不写类的默认构造函数，只添加一个带参数的构造函数。这样子类就无法继承父类。因为继承的时候也需要调用父类的构造函数。

[cpp] view plaincopy

class NoDerivedClassHelper
{
protected:
NoDerivedClassHelper(int){}
~NoDerivedClassHelper(){}
};
class NoDerivedClass : public virtual NoDerivedClassHelper
{
public:
NoDerivedClass() : NoDerivedClassHelper(0) {}
~NoDerivedClass(){}
};

ps顺便记录学习一下虚继承的定义：

[cpp] view plaincopy

class NoDerivedClassHelper
{
protected:
NoDerivedClassHelper(int){}
~NoDerivedClassHelper(){}
};
class NoDerivedClass : public virtual NoDerivedClassHelper
{
public:
NoDerivedClass() : NoDerivedClassHelper(0) {}
~NoDerivedClass(){}
};

首先，重复一下虚拟继承与普通继承的区别有：

虚拟继承和继承的最显然的区别是，虚拟继承破坏了继承关系使用强制转换类型时，无法有效进行类型转换的。

　　假设derived 继承自base类，那么derived与base是一种“is a”的关系，即derived类是base类，而反之错误；

　　假设derived 虚继承自base类，那么derivd与base是一种“has a”的关系，即derived类有一个指向base类的vptr。

　　因此虚继承可以认为不是一种继承关系，而可以认为是一种组合的关系。因为虚继承有着“继承”两个关键字，那么大部分人都认为虚继承与普通继承的用法没什么太大的不同。由此用在继承体系中，这种将虚继承认为是普通继承的危害更佳大。下面先用一个例子来说明问题：

class base
{
public:
base(){cout<<"base::base()!"<<endl;}
void printBase(){cout<<"base::printBase()!"<<endl;}
};

class derived:public base
{
public:
derived(){cout<<"derived::derived()!"<<endl;}
void printDerived(){cout<<"derived::printDerived()!"<<endl;}
};

　　上面是普通继承实现，在实际应用中，我们可以使用下面的代码进行类型转换：

int main(int argc, const char * argv[])
{
    derived oo;
    base oo1(static_cast<base>(oo));
    oo1.printBase();
    derived oo2 = static_cast<derived&>(oo1);
    oo2.printDerived();
    return 0;
}

　　编译无错误，而且会得出正确的结果。其结果为：

　　base::base()!
　　derived::derived()!
　　base::printBase()!
　　derived::printDerived()!

　　而将上面的普通继承变成虚拟继承，如下代码：

class base1
{
public:
base1(){cout<<"base::base()!"<<endl;}
void printBase(){cout<<"base::printBase()!"<<endl;}
};

class derived1:virtual public base1
{
public:
derived1(){cout<<"derived::derived()!"<<endl;}
void printDerived(){cout<<"derived::printDerived()!"<<endl;}
};

int main(int argc, const char * argv[])
{
    derived1 oo;
    base1 oo1(static_cast<base1>(oo));
    oo1.printBase();
    derived1 oo2 = static_cast<derived1&>(oo1);
    oo2.printDerived();
    return 0;
}

　　编译上面的代码，提示如下：

　　可以看到不能将基类通过static_cast转换为继承类。我们知道c++提供的强制转换函数static_cast对于继承体系中的类对象的转换一般是可行的。那么这里为什么就不可以了呢？还是需要从虚拟继承的内部实现来说明问题。

　　virtual base class的原始模型是在class object中为每一个有关联的virtual base class加上一个指针vptr，该指针指向virtual基类表。有的编译器是在继承类已存在的virtual table直接扩充导入一个virtual base class table。不管怎么样由于虚继承已完全破坏了继承体系，不能按照平常的继承体系来进行类型转换。

　　不管怎么样，虚继承在类型转换是一定要十分注意。不要轻易使用虚继承，更不要在虚继承的基础上进行类型转换，切记切记！

最后讲一下C++的4种强制转换。

[cpp] view plaincopy

class NoDerivedClassHelper
{
protected:
NoDerivedClassHelper(int){}
~NoDerivedClassHelper(){}
};
class NoDerivedClass : public virtual NoDerivedClassHelper
{
public:
NoDerivedClass() : NoDerivedClassHelper(0) {}
~NoDerivedClass(){}
};

[cpp] view plaincopy

class NoDerivedClassHelper
{
protected:
NoDerivedClassHelper(int){}
~NoDerivedClassHelper(){}
};
class NoDerivedClass : public virtual NoDerivedClassHelper
{
public:
NoDerivedClass() : NoDerivedClassHelper(0) {}
~NoDerivedClass(){}
};

最后顺便提一下强制转换的问题。
关于强制类型转换的问题，很多书都讨论过，写的最详细的是C++ 之父的《C++ 的设计和演化》。最好的解决方法就是不要使用C风格的强制类型转换，而是使用标准C++的类型转换。

最容易理解的解释：

   dynamic_cast:   通常在基类和派生类之间转换时使用；
   const_cast:   主要针对const和volatile的转换.
   static_cast:   一般的转换，如果你不知道该用哪个，就用这个。
   reinterpret_cast:   用于进行没有任何关联之间的转换，比如一个字符指针转换为一个整形数。

[cpp] view plaincopy

class NoDerivedClassHelper
{
protected:
NoDerivedClassHelper(int){}
~NoDerivedClassHelper(){}
};
class NoDerivedClass : public virtual NoDerivedClassHelper
{
public:
NoDerivedClass() : NoDerivedClassHelper(0) {}
~NoDerivedClass(){}
};

static_cast

用法：static_cast < type-id > ( expression_r_r )

该运算符把expression_r_r转换为type-id类型，但没有运行时类型检查来保证转换的安全性。它主要有如下几种用法：
用于类层次结构中基类和子类之间指针或引用的转换。进行上行转换（把子类的指针或引用转换成基类表示）是安全的；进行下行转换（把基类指针或引用转换成子类表示）时，由于没有动态类型检查，所以是不安全的。
用于基本数据类型之间的转换，如把int转换成char，把int转换成enum。这种转换的安全性也要开发人员来保证。
把空指针转换成目标类型的空指针。
把任何类型的表达式转换成void类型。
注意：static_cast不能转换掉expression_r_r的const、volitale、或者__unaligned属性。

dynamic_cast

用法：dynamic_cast < type-id > ( expression_r_r )

该运算符把expression_r_r转换成type-id类型的对象。Type-id必须是类的指针、类的引用或者void *；如果type-id是类指针类型，那么expression_r_r也必须是一个指针，如果type-id是一个引用，那么expression_r_r也必须是一个引用。

dynamic_cast主要用于类层次间的上行转换和下行转换，还可以用于类之间的交叉转换。

在类层次间进行上行转换时，dynamic_cast和static_cast的效果是一样的；在进行下行转换时，dynamic_cast具有类型检查的功能，比static_cast更安全。
class B{

public:

int m_iNum;

virtual void foo();

};

class D:public B{

public:

char *m_szName[100];

};

void func(B *pb){

D *pd1 = static_cast<D *>(pb);

D *pd2 = dynamic_cast<D *>(pb);

}

在上面的代码段中，如果pb指向一个D类型的对象，pd1和pd2是一样的，并且对这两个指针执行D类型的任何操作都是安全的；但是，如果pb指向的是一个 B类型的对象，那么pd1将是一个指向该对象的指针，对它进行D类型的操作将是不安全的（如访问m_szName），而pd2将是一个空指针。另外要注意：B要有虚函数，否则会编译出错；static_cast则没有这个限制。这是由于运行时类型检查需要运行时类型信息，而这个信息存储在类的虚函数表（关于虚函数表的概念，详细可见<Inside c++ object model>）中，只有定义了虚函数的类才有虚函数表，没有定义虚函数的类是没有虚函数表的。

另外，dynamic_cast还支持交叉转换（cross cast）。如下代码所示。
class A{

public:

int m_iNum;

virtual void f(){}

};

class B:public A{

};

class D:public A{

};

void foo(){

B *pb = new B;

pb->m_iNum = 100;

D *pd1 = static_cast<D *>(pb); //copile error

D *pd2 = dynamic_cast<D *>(pb); //pd2 is NULL

delete pb;

}

在函数foo中，使用static_cast进行转换是不被允许的，将在编译时出错；而使用 dynamic_cast的转换则是允许的，结果是空指针。

reinpreter_cast

用法：reinpreter_cast<type-id> (expression_r_r)

type-id必须是一个指针、引用、算术类型、函数指针或者成员指针。它可以把一个指针转换成一个整数，也可以把一个整数转换成一个指针（先把一个指针转换成一个整数，在把该整数转换成原类型的指针，还可以得到原先的指针值）。

该运算符的用法比较多。

const_cast

用法：const_cast<type_id> (expression_r_r)

该运算符用来修改类型的const或volatile属性。除了const 或volatile修饰之外， type_id和expression_r_r的类型是一样的。

常量指针被转化成非常量指针，并且仍然指向原来的对象；常量引用被转换成非常量引用，并且仍然指向原来的对象；常量对象被转换成非常量对象。

Voiatile和const类试。举如下一例：
class B{

public:

int m_iNum;

}

void foo(){

const B b1;

b1.m_iNum = 100; //comile error

B b2 = const_cast<B>(b1);

b2. m_iNum = 200; //fine
}

上面的代码编译时会报错，因为b1是一个常量对象，不能对它进行改变；使用const_cast把它转换成一个常量对象，就可以对它的数据成员任意改变。注意：b1和b2是两个不同的对象。

[cpp] view plaincopy

class NoDerivedClassHelper
{
protected:
NoDerivedClassHelper(int){}
~NoDerivedClassHelper(){}
};
class NoDerivedClass : public virtual NoDerivedClassHelper
{
public:
NoDerivedClass() : NoDerivedClassHelper(0) {}
~NoDerivedClass(){}
};

多重继承和虚继承的内存布局 http://blog.csdn.net/littlehedgehog/article/details/5442430