C++如何禁止直接访问Base工厂类，仅允许通过Derived类调用？

我有一个应用场景，其中Base是一个模板工厂类，可根据模板参数对创建不同对象，但仅特定（可数无限）的模板参数组合是有效的。每个有效参数组合对应一个（有时是模板化的）Derived工厂类。直接使用Base工厂类容易因选择错误的模板参数而出错。我的问题是：如何阻止消费者直接使用Base工厂类？

我希望编译器拒绝标注“prevent”的代码行，即Base<..>::foo和Base<..>::bar仅能通过Derived<..>访问，不能被消费者直接调用。我曾尝试用virtual实现，但该概念无法自然从非静态场景迁移到静态场景。

代码示例 #

template<typename T1, typename T2>
class Base{
  Base()=delete;
public:
  // many public static routines
  T1 static foo(){ return 1; }
  T2 static bar(){ return 2; }
};

template<typename T1>
class Derived: public Base<T1,float>{
  // hopefully very little code, or none at all, as of now.
};

int main(){ // main is the consumer
  Base<int,float>::foo(); // prevent
  Derived<int>   ::foo(); // permit
}

以下两种方案都能实现需求，通过访问权限控制限制Base的直接调用：

方案1：友元限制+私有静态成员 #

把Base的静态成员设为私有，将合法的Derived模板类声明为Base的友元，确保只有Derived能访问这些成员：

template<typename T1, typename T2>
class Base{
  Base()=delete;
  // 将静态成员设为私有，外部无法直接访问
  static T1 foo(){ return 1; }
  static T2 bar(){ return 2; }

  // 声明模板Derived为友元，覆盖所有实例
  template<typename U>
  friend class Derived;
};

template<typename T1>
class Derived: public Base<T1,float>{
public:
  // 显式暴露Base的静态成员，供外部调用
  using Base<T1,float>::foo;
  using Base<T1,float>::bar;
};

int main(){
  Base<int,float>::foo(); // 编译错误：foo是私有成员
  Derived<int>::foo();    // 正常编译：Derived是Base的友元，且公开了接口
}

方案2：保护成员+继承公开 #

将Base的静态成员设为保护，Derived继承后通过using声明把成员提升为公开，外部只能通过Derived访问：

template<typename T1, typename T2>
class Base{
protected:
  Base()=delete;
  // 静态成员设为保护，仅子类可访问
  static T1 foo(){ return 1; }
  static T2 bar(){ return 2; }
};

template<typename T1>
class Derived: public Base<T1,float>{
public:
  // 将Base的保护静态成员提升为公开
  using Base<T1,float>::foo;
  using Base<T1,float>::bar;
};

int main(){
  Base<int,float>::foo(); // 编译错误：foo是保护成员，外部无权访问
  Derived<int>::foo();    // 正常编译：Derived公开了接口
}

补充说明 #

• 两种方案均无需虚函数，静态成员本身不支持多态，通过访问权限控制即可解决问题。
• 若存在多个不同的Derived模板，方案1只需添加对应模板友元声明，方案2只需让新的Derived类继承Base并公开接口即可。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user22056011