C++中类成员默认访问级别是private，为何构造函数可被访问而析构函数不能加修饰符？

Question

在C++中，类成员默认访问级别为private，但为何构造函数可以被外部访问，而析构函数不能添加访问修饰符进行限制？这是一个常见的技术问题。实际上，构造函数虽然逻辑上属于类的私有实现，但它需要在创建对象时由编译器调用，因此必须对类的使用者可见。如果构造函数是private，只能通过友元或内部机制调用，这通常用于单例模式等特殊场景。 而对于析构函数，它可以设置为private，但这会限制类的实例只能在类内部销毁，外部无法直接删除对象。然而，析构函数本身不能单独添加访问修饰符，因为它的调用是由编译器控制的，与普通成员函数不同。若基类的析构函数不是virtual，派生类析构时可能会引发未定义行为。因此，合理设计构造与析构函数的访问权限，对于类的封装和安全性至关重要。

Answer 1

1. C++ 类成员默认访问级别

C++ 中，类的成员默认访问级别为 private。这意味着在没有显式指定访问修饰符的情况下，所有成员（包括数据成员和方法）都只能在类内部访问。然而，构造函数和析构函数的访问权限设计却有所不同。

构造函数虽然逻辑上属于类的私有实现部分，但它的主要职责是初始化对象。由于对象创建时需要由编译器调用构造函数，因此它必须对类的使用者可见。如果将构造函数设置为 private，则只有类内部或友元可以调用它，这通常用于特殊场景，例如单例模式。

2. 构造函数的外部可访问性

构造函数的外部可访问性是由其设计目的决定的：

• 对象创建需求： 在 C++ 中，对象的创建需要通过构造函数完成。如果构造函数是 private 的，外部代码无法直接创建对象实例。
• 单例模式应用： 在某些设计模式中（如单例模式），构造函数被声明为 private，以限制对象的创建只能通过特定接口进行。

下面是一个单例模式的例子：

class Singleton {
private:
    Singleton() {} // 私有构造函数
    static Singleton* instance;
public:
    static Singleton* getInstance() {
        if (instance == nullptr) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
};
Singleton* Singleton::instance = nullptr;
    

3. 析构函数的访问限制

析构函数与普通成员函数不同，它的调用是由编译器控制的。尽管它可以设置为 private，但这会带来一些限制：

1. 外部不可销毁： 如果析构函数是 private 的，外部代码无法直接删除对象实例。
2. 基类虚析构的重要性： 如果基类的析构函数不是 virtual，在派生类对象通过基类指针销毁时，可能会引发未定义行为。

以下是一个基类虚析构函数的示例：

class Base {
public:
    virtual ~Base() {} // 虚析构函数
};

class Derived : public Base {
public:
    ~Derived() {}
};
    

4. 设计权衡与解决方案

合理设计构造函数和析构函数的访问权限，对于类的封装性和安全性至关重要。以下是一些常见的设计原则：

场景	建议
普通类	构造函数应为 public，析构函数应为 virtual（如果可能被多态销毁）。
单例类	构造函数应为 private，提供静态方法获取唯一实例。
非多态基类	析构函数可以为 non-virtual，但需确保不会通过基类指针销毁派生类对象。

为了更清晰地理解构造和析构函数的调用顺序，可以通过以下流程图展示：

sequenceDiagram
        participant Caller as 调用者
        participant Constructor as 构造函数
        participant Destructor as 析构函数
        Caller->>Constructor: 调用构造函数
        Constructor-->>Caller: 返回对象
        Caller->>Destructor: 对象生命周期结束
        Destructor-->>Caller: 自动调用析构函数