C++的黑科技

週二面了騰訊，以前只投了TST內推，貌似就是TST面試了

其中有一個問題，「如何產生一個不能被繼承的類」，這道題我反反覆覆只想到，將父類的構造函數私有，讓子類不能調用，最後歸結出一個單例模式，但面試官說，單例模式做爲此題的解答不夠靈活，後來面試官提示說，能夠用友元+虛繼承，能夠完美實現這樣一個類

固然那時我還不太明白，友元與虛繼承我都極少接觸過，只是知道有這些東西，回頭搜了一下「不能被繼承的類」的作法，具體以下：

1，聲明一個類，CNoHeritance，構造函數爲private，並聲明友元類CParent；
2，讓CParent虛繼承CNoHeritance
這樣CParent就成爲一個能夠被正常實例化，但又不能被繼承的類

吳總當時評價說，「呵呵，虛繼承，感受徹底是黑科技啊」

這個黑科技真是戳中我笑點，但想到C++常常有些奇妙的東西，如今想總結一下

1，C++構造函數的黑科技

對於閱讀過進階C++書籍的都該知道，編譯器會在「須要」的時候，那麼什麼是須要的時候呢？四種狀況：

• 1，「帶有Default Constructor」的Member Class Object
• 2，「帶有Default Constructor」的Base Class
• 3，「帶有至少一個Virtual Function」的Class
• 4，「帶有一個Virtual Base Class」的Class

自動合成的構造函數每每都是public，在派生類中，它的構造函數是能夠被使用的，即派生類不會所以受到限制。

那麼，如何能使派生類不能使用基類的函數或成員呢？

• private：只能由：1，該類中的函數；2，其友元函數訪問
• protected：能夠被：1，該類中的函數；2，其友元函數；3，派生類（子類）的函數訪問
• public：能夠被：1，該類中的函數；2，其友元函數；3，子類的函數；4，該類的對象訪問

若是一個類的構造函數聲明爲private，則其派生類甚至該類的對象都不能訪問，意味着兩點：

• 1，該類不能被繼承
• 2，該類不能由系統實例化，即它實例化的對象不會在棧內存上

那麼怎麼使用該類呢？通常而言，會經過該類的函數來建立

class A
{
private:
    A(){}
public:
    A& createA()
    {
        A* p=new A();
        return *p;
    }
};

然而，這樣又引伸一個問題：類沒有實例化，如何能使用其成員函數呢？

答案是將該成員函數聲明爲static，這樣不須要實例化便可訪問，即將上述改成：

class A
{
private:
    A(){}
public:
    static A& createA()
    {
        A* p=new A();
        return *p;
    }
};

A Object=A::createA();

很明顯，上面的實例化過程很不方便，簡直是艱辛呀，單例模式的其中一種實現就是如此，在此先不講。這樣實現的類，不能被繼承，但本身也很差過

so，若是用友元來實現，是怎麼實現的呢？

聲明一個類，及其友元

class A
{
private:
    A(){}

    friend class B;
};

那麼B是能夠調用A的private的構造函數的，那麼讓B虛繼承A會發生什麼事呢？

由《深度探索C++對象模型》看到，B內存中將有一份A類的實體，調用A的構造函數構造的，這對於友元類B是可行的

class A
{
private:
    A(){}

    friend class B;
};

class B : virtual A
{
};

那麼這樣的B能不能被繼承呢？假設有個類繼承了B，以下

class A
{
private:
    A(){}

    friend class B;
};

class B : virtual A
{
};

class C : B
{
};

考慮到虛繼承的特性，C也將調用A的構造函數構造出一個A，但！！C並非A的友元類，因此根本不能執行A私有的構造函數，這段程序，若是不實例化C，編譯器不會報錯，但一旦實例化C，則將報錯。

而B是能夠正常實例化的一個類，這樣就完美實現了一個不能被繼承的類：B

2，C++構造函數初始化列表的黑科技

相比於構造函數的各類trick，C++的初始化列表就顯得很容易了，只有那麼一點要注意：

C++的初始化列表的賦值順序，是與C++類裏面成員變量的聲明順序相關，與初始化列表裏的順序無關

舉個例子，如下就會出現莫名錯誤：

class A
{
public:
    A(int _x, int _y):y(_y), x(y){}
public:
    int x;
    int y;
};

根據聲明順序，在初始化列表中，是先完成x(y)這個步驟，但此時y並無被賦值，因此獲得的x是個隨機的值。

3，C++虛函數的黑科技

C++虛函數的問題，幾乎是面試必問，實際上須要瞭解的東西也挺多，我本身在前幾回面試，都有些理解有誤的地方，或者理解不夠完善

這裏總結幾點吧（如下類都是針對有虛函數的類）：

• 1，每一個類都有虛函數表，這個虛函數表是在編譯階段構建，在代碼段產生一個vtbl
• 2，每次實例化的時候，構造函數在前幾個字節，產生一個指向虛函數表的指針，指向代碼段的那個虛函數表
• 3，虛函數的實現與調整，是經過移動或變換虛函數表的指針來實現的。
• 4，純虛函數是指只聲明，但未被實現的虛函數，具備純虛函數的類不能被實例化，爲抽象類

4，C++拷貝構造函數的黑科技

C++的拷貝構造函數是C++默認的四個函數之一：構造函數、析構函數、賦值函數、拷貝構造函數

拷貝構造函數是一種特別的構造函數，在《深度探索C++對象模型》書中說，有三種狀況，會致使拷貝構造函數被觸發：

• 1，以一個object的內容做爲另外一個class object的初始值

class X {...}
X x;
X xx=x;

• 2，當object被看成參數傳遞給某個函數時

void foo(X x);
X xx;
foo(xx);

• 3，函數傳回一個class object的時候

X foo_bar()
{
  X xx;
  // ...
  return xx;
}

通常狀況下，若是沒有提供explicit copy constructor時，會發生什麼呢？

一個良好的編譯器能夠爲大部分class objects產生bitwise copies，由於它們有bitwise semantics...

這裏說的很神奇，好像咱們不須要本身寫copy constructor也沒問題同樣，實際上，bitwise copies在有些狀況下是很是不推崇的

首先解釋下什麼是bitwise copies：這是指，在拷貝過來的時候，把class的內存直接位拷貝過來，便可以當作是內存拷貝（對應的有值拷貝）

位拷貝有不少問題，典型的一個，若是class裏面含有分配內存的指針，那麼它會將指針指向的地址直接拷貝過來：

class A
{
public:
    int *p;
};

int main()
{
    A a1;
    a1.p=new int[10];
    A a2=a1;
    cout << a1.p << endl;
    cout << a2.p << endl;
    return 0;
}

這裏能夠發現，a1.p的地址與a2.p的地址是同樣的，那麼，我分配的內存，該由哪一個釋放呢？我釋放了，另外一個怎麼辦呢？

實際上，這種拷貝方式在STL的string裏面確定是要重寫的，不能用位拷貝。

《深度探索C++對象模型》中，說class不展示出「bitwise copy semantics」有四種狀況：

• 1，當class含有member object而且後者有一個copy constructor（聲明或合成）
• 2，當class繼承一個base class 然後者存在一個copy constructor的時候
• 3，當class聲明瞭一個或多個virtual functions時
• 4，當class派生自一個繼承串鏈，其中有一個或多個virtual base classes時

其實主要都是擔憂，指針在bitwise semantics下，隨便複製可能會致使不可預料的錯誤

在這裏說一下賦值函數與拷貝構造函數在觸發上的區別：

當一個object從無到有時，觸發的必定是拷貝構造函數，賦值函數只會在已有的object賦值時，纔會觸發

5，C++虛繼承的黑科技

針對虛繼承，能夠坦承的一點就是

全部簡單的東西，遇到虛繼承，彷佛都要單獨拿出來討論

待續