防止使用被覆盖的非虚拟函数 - 正确的方法？

Question

所以这是我的第一个问题。我已经搜索了该网站，找到了一些东西并应用了其中给出的建议，但我仍然不确定我是否以正确的方式做到了。

我正在开发一个模板库，这是我对 BST 类模板的实现：

template <class T>
class bstree
{
private:
    struct bstnode
    {
        bstnode* pRight;  //node to the right (greater)
        bstnode* pLeft;   //node to the left (lesser)
        bstnode* pParent; //parent node
        T        mValue;  //contents
    };

    class bstnodeiterator : public _iterator_base<T, bstree<T>>
    {
    public:
        bstnodeiterator(bstnode* pNode = nullptr, bstree<T> pCont = nullptr)
                  : _mpNodePtr(pNode), _mpCont(pCont) {}

        //functions from _iterator_base<>
        bool             is_null() const       { return (_mpNodePtr == nullptr); }
        const bstree<T>* get_container() const { return this->_mpCont; }
        //get_pointer() is intentionally not defined.

        //operators (e.g. increment, decrement, advance by, dereference, etc)
        //go here!
        //...

    private:
        friend class bstree<T>;

        //member elements:
        bstree<T>* _mpCont;    //the container that the iterator is created by
        bstnode*   _mpNodePtr; //the actual pointer pointing to the bst-node of '_mpCont'
    };

public:
    using val      = T;
    using val_ref  = T&;
    using val_ptr  = T*;
    using iter     = bstnodeiterator;

public:
    iter begin() const;
    iter end() const;

    //other public member functions (e.g. insert(), remove(), etc.) go here!
    //...

private:
    bstnode* _mpRoot;   //The root node of the BST
    size_t   _mSize;    //The number of elements in the container (guaranteed O(1))
};

bstnodeiterator::get_container() 和 bstnodeiterator::is_null() 派生自 iterator_base<>，它是所有其他容器（例如 vector<>、fixed_list<>、map<> 等）的迭代器的基类：

template <class T, class Cont>
struct _iterator_base
{
    virtual           bool  is_null() const = 0;
    virtual     const Cont* get_container() const = 0;
    /*virtual*/ const T*    get_pointer() const /* = 0*/;
};
//is_null() and get_container() should be defined in derived classes
//because they are used everywhere in the library!

• 需要定义以上所有三个函数，因为它们在整个库中的其他任何地方都使用（例如，在算法中，iterator_helper 类等）。

由于 BST 是已排序元素的容器，因此不应动态更改节点的内容。因为这会破坏树的排序结构。 因此，我想阻止程序员使用get_pointer()。 即使它返回一个指向内容的 const 指针，它仍然可以通过T 的成员函数进行更改（例如，如果@987654335 @ 是 std::string 然后可以通过 std::string::assign() 更改内容），我不想要这个。

所以，我在基类中将函数 _iterator_base<*,*>::get_pointer() 设为非虚拟。而且它没有在派生类bstnodeiterator 中定义。所以，如果程序员从派生类中调用它...

bstree<std::string> strTree = { "a string", "another string", "yet another string", "test string" };
//inserted some other elements
bstree<std::string>::iterator it = strTree.begin();
//*it = "something else"; --> this won't work, because read-only dereferencing is allowed in the class.
it.get_pointer()->assign("something else"); //this will break the tree.

...那么编译器会给出链接错误：unresolved external symbol " ... ::get_pointer()".

这是正确的方法吗？你怎么看？

编辑：

我刚刚尝试取消引用和修改：

bstree<std::string> strTree = 
{ 
   "a string", 
   "another string", 
   "yet another string", 
   "test string" 
};

bstree<std::string>::iter it = strTree.begin();
(*it).assign("modified string"); // ----> error!
std::string pB0 = strTree.begin(); // ----> error

const std::string pB = strTree.begin();
pB->assign("modified string"); // ----> error!

...它没有编译。但是，如果我将最后一行更改为：

it.get_pointer()->assign("modified string");

...它可以无错误地编译、运行和工作！

编辑 2：

我终于找到了问题的根源：typedefs。

我没有在原始问题中显示typedefs，以使其看起来更简单、更易于阅读。在原始代码中，bstree<> 范围内有一个using val_ptr = T*;，而我在bstnodeiterator 范围内使用这个typedef：

template <class T>
class bstree
{
public:
    using val = T;
    using val_ref = T&;
    using val_ptr = T*;

private:
    class bstnodeiterator : public _iterator_base<T, bstree<T>>
    {
        //c'tor comes here!

        const val_ptr get_pointer() { return (_mPtr ? &_mPtr->_mVal : nullptr); }
        //...
    };

 //...
 };

如果我定义了上面给出的函数，那么我可以从get_pointer() 的返回指针调用std::string::assign()。但是，如果我将函数的返回类型更改为const val*，则无法调用string::assign()。

我终于意识到这两种类型是不同的。可能编译器会将const 放在其他地方。

Answer 1

响应 OP 的第二次编辑：

别名不像宏。

如果你写using PtrType = T*，那么const PtrType实际上是 相当于T* const，它是一个指向T 对象的常量指针，而不是一个指向常量T 对象的指针。使用别名时，总是在顶层添加更多的 cv 限定符。这很直观——如果PtrType 是指向T 的指针，那么const PtrType 应该是指向T 的常量指针。

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根据问题，如果你不想让用户调用虚函数，就设为protected，这样派生类可以实现它，但外部用户不能调用它。

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您的返回类型很可能是bstnodeiterator::get_pointer() T*（而不是const T*）。

您可能正在经历 c++ covariant return types 的陷阱。

• 这两种类型都是类的指针或引用（左值或右值）。不允许使用多级指针或引用。

• Base::f() 的返回类型中的引用/指向类必须是（或相同）的明确且可访问的直接或间接基类 Derived::f() 的返回类型的引用/指向类。

• Derived::f() 的返回类型必须等于或小于 Base::f() 的返回类型的 cv 限定。

注意：c++引用没有“(or is the same as)”子句，但为了与标准保持一致而添加了“”

因此，如果函数覆盖返回类型为 const std::string* 的函数，则 std::string* 是有效的返回类型。

考虑这个例子：

#include <string>

std::string s = "Hello, world";

struct Base {
    virtual const std::string* foo() = 0;
};

struct Derived : Base {
    std::string* foo() override {
        return &s;
    }
};

int main() {
    Derived d;
    d.foo()->assign("You can do this.");
    return 0;
}

上面的代码compiles：可以修改d.foo()指向的字符串，因为它返回一个std::string*。