详解C++中如何将构造函数或析构函数的访问权限定为private

今天面试被问到了这个单例模式常用到的技术手段，下面进行分析：
        很多情况下要求当前的程序中只有一个object。例如一个程序只有一个和数据库的连接，只有一个鼠标的object。通常我们都将构造函数的声明置于public区段，假如我们将其放入private区段中会发生什么样的后果？这意味着什么？
        当我们在程序中声明一个对象时，编译器为调用构造函数(如果有的话)，而这个调用将通常是外部的，也就是说它不属于class对象本身的调用，假如构造函数是私有的，由于在class外部不允许访问私有成员，所以这将导致编译出错。
        然而，对于class本身，可以利用它的static公有成员，因为它们独立于class对象之外，不必产生对象也可以使用它们。
        此时因为构造函数被class私有化，所以我们要创建出对象，就必须能够访问到class的私有域；这一点只有class的成员可以做得到；但在我们建构出其对象之前，怎么能利用它的成员呢？static公有成员，它是独立于class对象而存在的，“我们”可以访问得到。假如在某个static函数中创建了该class的对象，并以引用或者指针的形式将其返回（这里不以对象返回，主要是构造函数是私有的，外部不能创建临时对象），就获得了这个对象的使用权。
下面是例子：

class OnlyHeapClass 
{ 
public: 
  static OnlyHeapClass* GetInstance() 
  { 
    // 创建一个OnlyHeapClass对象并返回其指针 
    return (new OnlyHeapClass); 
  } 
  void Destroy(); 
private: 
  OnlyHeapClass() { } 
  ~OnlyHeapClass() {} 
}; 
 
int main() 
{ 
  OnlyHeapClass *p = OnlyHeapClass::GetInstance(); 
  ... // 使用*p 
  delete p; 
  return 0; 
} 

 
        这个例子使用了私有构造函数，GetInstance()作为OnlyHeapClass的静态成员函数来在内存中创建对象：由于要跨函数传递并且不能使用值传递方式，所以我们选择在堆上创建对象，这样即使getInstance()退出，对象也不会随之释放，可以手动释放。
        构造函数私有化的类的设计保证了其他类不能从这个类派生或者创建类的实例，还有这样的用途：例如，实现这样一个class：它在内存中至多存在一个，或者指定数量个的对象（可以在class的私有域中添加一个static类型的计数器，它的初值置为0，然后在GetInstance()中作些限制：每次调用它时先检查计数器的值是否已经达到对象个数的上限值，如果是则产生错误，否则才new出新的对象，同时将计数器的值增1.最后，为了避免值复制时产生新的对象副本，除了将构造函数置为私有外，复制构造函数也要特别声明并置为私有。
        如果将构造函数设计成Protected，也可以实现同样的目的，但是可以被继承。
        另外如何保证只能在堆上new一个新的类对象呢？只需把析构函数定义为私有成员。
        原因是C++是一个静态绑定的语言。在编译过程中，所有的非虚函数调用都必须分析完成。即使是虚函数，也需检查可访问性。因些，当在栈上生成对象时，对象会自动析构，也就说析构函数必须可以访问。而堆上生成对象，由于析构时机由程序员控制，所以不一定需要析构函数。保证了不能在栈上生成对象后，需要证明能在堆上生成它。这里OnlyHeapClass与一般对象唯一的区别在于它的析构函数为私有。delete操作会调用析构函数。所以不能编译。
        那么如何释放它呢？答案也很简单，提供一个成员函数，完成delete操作。在成员函数中，析构函数是可以访问的。当然detele操作也是可以编译通过。

void OnlyHeapClass::Destroy() { 
  delete this; 
} 

        构造函数私有化的类的设计可以保证只能用new命令在堆中来生成对象，只能动态的去创建对象，这样可以自由的控制对象的生命周期。但是，这样的类需要提供创建和撤销的公共接口。
        另外重载delete，new为私有可以达到要求对象创建于栈上的目的，用placement new也可以创建在栈上。

补充：
1.为什么要自己调用呢？对象结束生存期时不就自动调用析构函数了吗？什么情况下需要自己调用析构函数呢？  
        比如这样一种情况，你希望在析构之前必须做一些事情，但是用你类的人并不知道， 那么你就可以重新写一个函数，里面把要做的事情全部做完了再调用析构函数。 这样人家只能调用你这个函数析构对象，从而保证了析构前一定会做你要求的动作。

2.什么情况下才用得着只生成堆对象呢？
        堆对象就是new出来的，相对于栈对象而言。什么情况下要new，什么情况下在栈里面 提前分配，无非就是何时该用动态，何时该用静态生成的问题。这个要根据具体情况具体分析。比如你在一个函数里面事先知道某个对象最多只可能10个，那么你就可以 定义这个对象的一个数组。10个元素，每个元素都是一个栈对象。如果你无法确定数 字，那么你就可以定义一个这个对象的指针，需要创建的时候就new出来，并且用list 或者vector管理起来。

        类中“私有”权限的含义就是：私有成员只能在类域内被访问，不能在类域外进行访问。

        把析构函数定义为私有的，就阻止了用户在类域外对析构函数的使用。这表现在如下两个方面：

        1. 禁止用户对此类型的变量进行定义，即禁止在栈内存空间内创建此类型的对象。要创建对象，只能用 new 在堆上进行。

        2. 禁止用户在程序中使用 delete 删除此类型对象。对象的删除只能在类内实现，也就是说只有类的实现者才有可能实现对对象的 delete，用户不能随便删除对象。如果用户想删除对象的话，只能按照类的实现者提供的方法进行。

        可见，这样做之后大大限制了用户对此类的使用。一般来说不要这样做；通常这样做是用来达到特殊的目的，比如在 singleton 的实现上。

PS：构造函数为什么不能是虚函数
另外再来说一下构造函数和虚函数的区别：
       1. 从存储空间角度，虚函数对应一个指向vtable虚函数表的指针，这大家都知道，可是这个指向vtable的指针其实是存储在对象的内存空间的。问题出来了，如果构造函数是虚的，就需要通过 vtable来调用，可是对象还没有实例化，也就是内存空间还没有，怎么找vtable呢？所以构造函数不能是虚函数。
        2. 从使用角度，虚函数主要用于在信息不全的情况下，能使重载的函数得到对应的调用。构造函数本身就是要初始化实例，那使用虚函数也没有实际意义呀。所以构造函数没有必要是虚函数。虚函数的作用在于通过父类的指针或者引用来调用它的时候能够变成调用子类的那个成员函数。而构造函数是在创建对象时自动调用的，不可能通过父类的指针或者引用去调用，因此也就规定构造函数不能是虚函数。
        3. 构造函数不需要是虚函数，也不允许是虚函数，因为创建一个对象时我们总是要明确指定对象的类型，尽管我们可能通过实验室的基类的指针或引用去访问它但析构却不一定，我们往往通过基类的指针来销毁对象。这时候如果析构函数不是虚函数，就不能正确识别对象类型从而不能正确调用析构函数。
        4. 从实现上看，vbtl在构造函数调用后才建立，因而构造函数不可能成为虚函数从实际含义上看，在调用构造函数时还不能确定对象的真实类型（因为子类会调父类的构造函数）；而且构造函数的作用是提供初始化，在对象生命期只执行一次，不是对象的动态行为，也没有必要成为虚函数。
        5. 当一个构造函数被调用时，它做的首要的事情之一是初始化它的VPTR。因此，它只能知道它是“当前”类的，而完全忽视这个对象后面是否还有继承者。当编译器为这个构造函数产生代码时，它是为这个类的构造函数产生代码——既不是为基类，也不是为它的派生类（因为类不知道谁继承它）。所以它使用的VPTR必须是对于这个类的VTABLE。而且，只要它是最后的构造函数调用，那么在这个对象的生命期内，VPTR将保持被初始化为指向这个VTABLE, 但如果接着还有一个更晚派生的构造函数被调用，这个构造函数又将设置VPTR指向它的 VTABLE，等.直到最后的构造函数结束。VPTR的状态是由被最后调用的构造函数确定的。这就是为什么构造函数调用是从基类到更加派生类顺序的另一个理由。但是，当这一系列构造函数调用正发生时，每个构造函数都已经设置VPTR指向它自己的VTABLE。如果函数调用使用虚机制，它将只产生通过它自己的VTABLE的调用，而不是最后的VTABLE（所有构造函数被调用后才会有最后的VTABLE）。

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