防止 C++ 中的虚拟方法实现

Posted 2023-02-23

【中文标题】防止 C++ 中的虚拟方法实现

【英文标题】：Preventing Virtual Method Implementation in C++

【发布时间】：2009-02-14 21:32:00

【问题描述】：

我在 C++ 中有以下类层次结构：

class Base 
    virtual void apply() = 0;
;

class Derived : public Base 
    virtual void apply() 
        // implementation here that uses derived_specialty
    

    virtual void derived_specialty() = 0;
;


class Implementation : public Derived    
    virtual void derived_specialty() 
        // implementation
    
;

我想保证实现级别的类不提供它们自己的应用实现，并且它们只实现派生专业。有没有办法保证继承自 Derived 的类不会实现 apply，从而使用 Derived::apply 实现？我的理解是，在 C++ 中，基类中的虚拟方法在继承层次结构中一直是虚拟的，但是如果 C++ 中有任何技巧可以完成，我很想听听它们。

我总是对 C++ 允许的事情感到惊讶，所以我认为值得一问。 :)

【参考方案1】：

您可以将实现作为委托类而不是派生的特化

class Derived : public Base

    Derived()

    void apply() 
    
        //whatever, delegate to impl class instance
        impl->apply_specialization();
    


    Impl* impl;
;

class Impl : public WhateverImplInterface

      void apply_specialization()
;

然后实现无权访问 apply 函数并与层次结构分离。 Derived 类然后由 Impl 类的实例参数化。

【讨论】：

我更喜欢给类命名比 Impl 更有意义（我假设它只是示例的抽象）。它使搜索代码更容易，也不太可能混淆我的 IDE。

@Dave，是的，这只是在示例上下文中的一般性

Nitpick 角即将推出。

【参考方案2】：

你可以通过组合来做到这一点：

class Base 
    virtual void apply();
;

class Derived : public Base 

    class IImplementation 
        virtual void derived_specialty() = 0;
    ;

    IImplementation& m_implementation;

    Derived(IImplementation& implementation)
        : m_implementation(implementation)
    

    virtual void apply() 
        // implementation here that uses m_implementation.derived_specialty
    

;


class Implementation : Derived::IImplementation    
    virtual void derived_specialty() 
        // implementation
    
;

其他类仍然可以继承 Derived 并覆盖 apply 方法，但您的 Implementation 类不再是这些类之一。

【讨论】：

你会称之为“组合”吗？也许“代表团”是一个更好的名字。

好主意！但是 Base 派生位呢？

@strager 我不明白你的问题：什么bits，是的，什么关于它们？

实现现在不是从 Base 派生的，这是一个问题。 Derived 也没有。

我的错误：我已经编辑以显示从 Base 派生的派生。感谢您指出它已经出来了。但是，我没有看到实施不是从 Base 派生的问题。

【参考方案3】：

在您的文档中明确限制。

【参考方案4】：

“我想保证实现级别的类不提供自己的应用实现。”

你不能。

到目前为止，我所看到的示例都没有阻止任何派生类定义自己的应用函数。它们都提供了对 apply 和 derived_specialty 之间的关系进行建模的方法，向用户建议他们不应覆盖 apply。不过，您可以在一行文档中实现相同的目标。

您要查找的是 C++ 中不存在的 Java final 语句，对吧？

【参考方案5】：

您可以使 Base::apply 成为非虚拟的，并在 Base 中使用模板方法模式。

本文解释了这种做法的优点：http://www.gotw.ca/publications/mill18.htm

【参考方案6】：

您可以在析构函数中放置一个断言以确保 apply 未被覆盖：

class Base 
    virtual void apply() = 0;
;

class Derived : public Base 
    virtual void apply() 
        // implementation here that uses derived_specialty
    
    virtual ~Derived() 
        assert(this->apply == Derived::apply);
    
    virtual void derived_specialty() = 0;
;


class Implementation : public Derived    
    virtual void derived_specialty() 
        // implementation
    
;

这里的想法是 this->apply 将从虚拟表中获取方法地址，而 Derived::apply 在编译时解析它。如果它们相等，则 apply 在 Implementation 类中不会再次被覆盖。这种方法还有一个优点是它不会在发布版本中施加性能损失，其中 assert() 宏被（应该）从生成的代码中剥离。

【讨论】：

也许我只是没有掌握一些东西，但如果 apply() 被覆盖，那么断言代码将永远不会被调用，不是吗？如果断言被检查过，那么根据定义，我们在正确的 apply() 方法中......

你是对的，最好将 assert() 放在析构函数中，这样你就可以确定它会在某个时候被调用。

当然这只会在事后给程序员一个警告。如果您知道在 apply() 之前会调用另一个方法，则可以将 assert() 放入其中。

实际上，我只是尝试过，它甚至无法编译... this->apply 构造无效（&this->apply 或我能想到的任何其他构造也无效）。也许在标准 C++ 中根本不可能做到这一点......

在哪个编译器中？在发布示例之前，我在 VS2005 中编译它，没有任何抱怨。

【参考方案7】：

尝试使用模板方法模式

Wikipedia 有一个 C++ 示例。

它不会改变封装，但它改进了设计，所以你不需要。

【参考方案8】：

总是有访问修饰符：

 class base 
      protected: virtual void real_apply() = 0;
 ;
 class derived : public base 
      void real_apply();
 public:
      apply()  real_apply(); 
 ;
 class other : public derived 
      void func() 
          apply();      // this is ok
          real_apply(); // this is a compile time error
      
 ;