第6條: 要顯式禁止編譯器為你生成不必要的函數
房地產代理商的工作是出售房屋,而一個為這類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 { ... };
就像每一個房地產代理商能夠很快指出的,每一間住宅都是獨一無二的——沒有兩間是完全一樣的。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的直截了當。通常情況下,如果你希望一個類不支持某種特定種類的功能,你需要做的僅僅是不去聲明那個函數。這一策略對復制構造器和賦值運算符就失靈了,這是因為,即使你不做聲明工作,而有人嘗試調用這些函數,編譯器就會為你自動聲明它們。
這會使你便陷入困境。如果你不聲明一個復制構造器或者賦值運算符,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,你應該將復制構造器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,并且,通過將函數聲明為 private 的,你便可以防止人們去調用它。
在大多數情況下,這一方案并不是十分簡單明了,這是因為數據成員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,沒有去定義這些函數。如果一些人由于疏忽大意而調用了其中的任一個,他們會在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,它應用于多個 C++ 的 I/O 流的庫中,用以防止復制。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,復制構造器和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,這僅僅是一個很普通的慣例。畢竟這些代碼不會得到實現,而且很少會用到,那么給定參數名優有什么用呢?
通過上文中類的聲明,編譯器會防止客戶端程序員嘗試復制 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。
如果你將復制構造器和賦值運算符聲明為 private 的,并且位于 HomeForSale 的外部,放置在一個專門設計用來防止復制的基類中,那么在編譯時就排出這些連接時錯誤便成為可能(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器和析構器
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器和賦值運算符。
};
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器和一個賦值運算符。就像 第 12 條 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,以及一些微妙的問題,諸如繼承自 Uncopyable 的類不一定必須為 public 的(參見第 32 和第 39 條), Uncopyable 的析構器不一定必須為虛函數(參見 第 7 條 )。由于 Uncopyable 不包含任何數據,它有資格作為空基類優化方案(參見第 39 條),但是由于它是一個基類,使用這一技術將導致多重繼承(參見第 40 條)。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 第 39 條 )。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。你也可以使用它的 Boost 版本(參見 第 55 條 )。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( un )自然,呃,“非”( non )自然。
需要記住的
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。使用一個像 Uncopyable 這樣的類來完成這一工作。