为何要把类的构造函数定义为private

本文探讨了C++中私有构造函数的使用场景及其实际意义,通过实例展示了如何利用私有构造函数限制类实例的数量,并介绍了友元及静态成员在其中的作用。

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?没错,我也知道这将会使构造函数成为私有的,这意味着什么?

我们知道,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。

你于是说:“哈哈。”我们制造了一个似乎无法产生对象的class.哦,当然,对于class本身,我们还可以利用它的static公有成员,因为它们独立于class对象之外,我们不必产生对象也可以使用它们。嗯,看来我们还是为带有私有构造函数的类找到了一个存在的理由。不过我们不应当满足于此,因为看上去应当还有发掘的余地。

首先我们来认真看一下是不是真的无法创建出一个具有私有构造函数的类对象。“呃,可能未必。”你现在也许会这样说。这很好,让我们再来看看为什么,没错,因为构造函数被class私有化了,所以我们要创建出对象,就必须能够访问到class的私有域;但这一点“我们”是做不到的,那么,谁能做得到呢?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?噢,刚才我们刚刚提到了static公有成员,它是独立于class对象而存在的,当然,它也是公有的,“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(不可以以值的形式返回,想想为什么),我们就获得了这个对象的使用权。下面是例子:
class WonderfulClass
{
public:
    static WonderfulClass* makeAnObject()
    {
        // 创建一个WonderfulClass对象并返回其指针
        return (new WonderfulClass);
    }
private:
    WonderfulClass() { }
};

int main()
{
    WonderfulClass *p = WonderfulClass::makeAnObject();

    ... // 使用*p

    delete p;  // Not neccesary here, but it's a good habit.

    return 0;
}

嗯,这个例子使用了私有构造函数,但它运行得很好:makeAnObject()作为WonderfulClass的静态成员函数,尽心尽责地为我们创建对象: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makeAnObject()退出,对象也不会随之蒸发掉,当然,使用完之后你可不要忘了手工将它清除。
回到前面的思路:除了公有的static成员可以帮助我们访问私有域外,还有没有其它可以利用的“东西”?

噢,你一定想到了使用友元,完全正确。可以使用该类的友元函数或者友元类创建其对象,这里就不举例了。

我们知道没有人会无聊到无缘无故把一个class设为私有,然后再写一个和上面一模一样的makeAnObject()来让它的用户体验一下奇特的感觉。我们也不太相信这只是由于C++的设计原因而导致的一个“顺便的”“特殊的”“无用的”边角功能。它应当是有实际用途的。提醒一下,到了JAVA中你会更容易明白很多静态方法创建对象的原理!!!

嗯,例如,我们想实现这样一个class:它至多只能存在一个,或者指定数量个的对象(还记得标准输入输出流库中那个独一无二的cout吗?),我们可以在class的私有域中添加一个static类型的计数器,它的初值置为0,然后再对makeAnObject()做点手脚: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。
### 静态构造函数的作用 静态构造函数的主要作用是对的静态成员进行初始化[^3]。它会在首次访问的静态成员或创建的第一个实例之前由 .NET 框架自动调用[^4]。由于其特殊性质,静态构造函数具有以下几个显著的特点: - **无需显式调用**:静态构造函数不由程序员手动调用,而是由运行时环境在适当的时间点触发。 - **无数支持**:为了确保一致性和简化设计,静态构造函数不允许接受任何数[^3]。 - **单次执行**:无论创建多少个对象实例,静态构造函数在整个应用程序生命周期中仅执行一次。 这些特性使得静态构造函数非常适合用于完成一些只需要一次性执行的任务,比如设置全局配置、加载资源文件或是初始化复杂的静态数据结构等操作。 ### 将静态构造函数声明为 `private` 的原因 尽管技术上允许将静态构造函数设为其他可见性级别(如 public 或 protected),但实际上它们总是隐含地作为私有成员存在,并且这种默认行为通常是最佳实践。这是因为: - **防止外部直接调用**:即使理论上可以通过反射机制间接触达某些内部实现细节,在正常编码场景下,静态构造函数不应该被外界主动触发。因此通过设定成 private 可以有效阻止不必要的干扰[^2]。 ```csharp class Singleton { // 私有的无构造函数 private Singleton() {} // 静态构造函数 static Singleton() { Console.WriteLine("Static Constructor Called"); } public static Singleton Instance { get; } = new Singleton(); } ``` - **维护封装原则**:面向对象编程强调隐藏具体实现逻辑而暴露必要的接口给使用者。把静态构造函数标记为 private 是遵循这一理念的具体体现之一——即不让客户端关心甚至感知到此底层准备工作是如何达成的[^1]。 综上所述,将静态构造函数定义private 不仅能够保障系统的稳定可靠运作,同时也体现了良好的软件工程习惯。 ```csharp class ExampleClass { // 级字段 private static int counter; // 静态构造函数 static ExampleClass() { counter = 0; Console.WriteLine("Initializing the class..."); } // 实例构造函数 public ExampleClass() { counter++; Console.WriteLine($"Instance created, total count is now {counter}"); } } ``` ####
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