How to implement the similar mechanism with Java final in c++?
2013-06-24 18:50
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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
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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
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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:
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:
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:
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
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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
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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
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;} }; |
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; } |
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; } |
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
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