真實的房地產代理商的工作是出售房屋,而一個為房產代理商提供支持的軟件系統自然要用一個類來代表要出售的房屋:
class HomeForSale { ... };
所有房地產代理商能夠很輕松的指出,每套房產都是獨一無二的——沒有兩套是完全一樣的。既然如此,為一個HomeForSale對象復制出一個副本的想法就顯得沒什么意義了。你怎么能夠復制那些生來就獨一無二的東西呢?如果你嘗試去復制一個HomeForSale對象,那么編譯器則不應該接受:
HomeForSale h1;
HomeForSale h2;
HomeForSale h3(h1); // 嘗試復制h1:不應通過編譯!
h1 = h2; // 嘗試復制h2:不應通過編譯!
可惜的是,防止這種復雜問題發生的方法并不是那么直截了當。通常情況下,如果你希望一個類不支持某種特定的功能,你需要做的僅僅是不去聲明那個函數。然而這一策略對復制構造函數和拷貝賦值運算符就失效了,這是因為,即使你不做聲明,而一旦有人嘗試調用這些函數,編譯器就會為你自動聲明它們(參見條目5)。
這會使你便陷入困境。如果你不聲明一個復制構造函數或者賦值運算符,編譯器可能就會幫你去做,你的類就會支持對象復制。從另一個角度說,如果你確實聲明了這些函數,你的類仍然支持復制。但是現在的目標是防止復制!
解決問題的關鍵是,所有編譯器生成的函數都是公共的。為了防止編譯器生成這些函數,你必須自己聲明,但是現在沒有什么要求你將這些函數聲明為公共的。取而代之,你應該將復制構造函數和賦值運算符聲明為私有的。通過顯式聲明一個函數,你就可以防止編譯器去自動生成這個函數,同時,通過將函數聲明為private的,你便可以防止人們去調用它。
差不多了。但是這一方案也沒有那么傻瓜化,這是因為成員函數和友元函數仍然可以調用你的私有函數。除非你足夠的聰明,沒有去定義這些成員或友元。如果一些人由于疏忽大意而調用了其中的任意一個,他們會在程序連接時遇到一個錯誤。把成員函數聲明為private的但是不去實現它們,這一竅門已經成為編程常規,在C++的I/O流的庫中的一些類,都會采用這種方法來防止復制。比如,你可以參考標準庫中ios_base、basic_ios和sentry的實現。你會發現在各種情況下,復制構造函數和拷貝賦值運算符都聲明為private而且沒有得到定義。
對HomeForSale使用這一技巧十分簡單:
class HomeForSale {
public:
...
private:
...
HomeForSale(const HomeForSale&); // 只有聲明
HomeForSale& operator=(const HomeForSale&);
};
你會發現我省略了函數參數的名稱。這樣做并不是必需的,這僅僅是一個普通慣例。畢竟這些代碼不會得到實現,而且很少會用到,那么給這些參數命名又有什么用呢?
通過上文中類的聲明,編譯器會防止客戶嘗試復制HomeForSale對象,如果你不小心在成員函數或者友元函數中這樣做了,那么你的程序將無法得到連接。
如果你將復制構造函數和拷貝賦值運算符聲明為private的,并且將二者移出HomeForSale的內部,放置在一個專門設計用來防止復制的基類中,那么在編譯時就排除這些原本是連接時的錯誤便成為可能(這是件好事——早期發現錯誤要比晚些更理想)。這一基類極其簡單:
class Uncopyable {
protected: // 允許派生類存在構造函數和析構函數
Uncopyable() {}
~Uncopyable() {}
private:
Uncopyable(const Uncopyable&); // 但禁止復制
Uncopyable& operator=(const Uncopyable&);
};
為了防止HomeForSale對象被復制,我們所需要做的僅僅是讓其繼承Uncopyable:
class HomeForSale: private Uncopyable {
... // 這一類不再聲明復制構造函數和賦值運算符
};
這樣做是可行的,這是因為如果有人(甚至是一個成員或友元函數)嘗試復制一個HomeForSale對象,編譯器將會嘗試自動生成一個復制構造函數和一個拷貝賦值運算符。就像條目12中所解釋的,這些函數由編譯器自動生成的版本會嘗試調用它們基類中的這一部分,顯然這些調用只能吃到閉門羹,這是因為復制操作在基類中是私有的。
Uncopyable的實現和應用存在一些微妙的問題,諸如繼承自Uncopyable的類不一定必須為public的(參見條目32和條目39),Uncopyable的析構函數不一定必須為虛函數(參見條目7)。由于Uncopyable不包含任何數據,它適合作為空基類優化方案(參見條目39),但是由于它是一個基類,使用這一技術將導致多重繼承(參見條目40)。然而,多重繼承在某種情況下會使空基類優化失去作用(同樣,請參見條目39)。總體來說,你可以忽略這些微妙的問題,僅僅使用上文中的Uncopyable,因為它會像所承諾的那樣精確地完成工作。你也可以使用Boost版本(條目55)。那個類叫做noncopyable。它是一個優秀的類,我只是發現它的名字顯得有些不自然(un-natural),呃,“非”自然(non-natural)。
時刻牢記
l 為了禁用編譯器自動提供的功能,你必須將相關的成員函數聲明為private的,同時不要實現它。方法之一是:使用一個類似于Uncopyable的基類。