C++11中私有构造类静态方法返回shared_ptr实例编译报错问题

我希望禁止用户通过构造函数直接创建类实例，因此将构造函数标记为私有方法。同时需要提供一个方法，返回可以自动管理实例生命周期的对象，最初设计的该方法为getFoo()。

初版代码 #

#include <iostream>
#include <memory>
 
class Foo : public std::enable_shared_from_this<Foo> {
private:     // 禁止用户直接通过构造函数创建实例                    
    Foo(int num):num_(num) { std::cout << "Foo::Foo\n"; }
public:
    ~Foo() { std::cout << "Foo::~Foo\n"; } 
    std::shared_ptr<Foo> getFoo() { return shared_from_this(9); }
private:
    int num_;
};

由于构造函数设为私有后，没有任何途径可以创建类实例，getFoo方法永远无法被调用，因此对代码做了修改。

修改后无法编译的代码 #

#include <iostream>
#include <memory>
 
class Foo : public std::enable_shared_from_this<Foo> {
private:     // 禁止用户直接通过构造函数创建实例                    
    Foo(int num):num_(num) { std::cout << "Foo::Foo\n"; }
public:
    ~Foo() { std::cout << "Foo::~Foo\n"; } 
    static std::shared_ptr<Foo> Create() { return std::make_shared<Foo>(5); }
private:
    int num_;
};
 
int main() {
    auto pf = Foo::Create(); 
}

编译报错核心信息：

error: 'Foo::Foo(int)' is private within this context
  119 |       ::new((void*)__p) _Tp(std::forward<_Args>(__args)...);
      |       ^~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
<source>:6:5: note: declared private here
    6 |     Foo(int num):num_(num) { std::cout << "Foo::Foo\n"; }
      |     ^~~

原本认为类的所有成员函数都有权限访问类的私有成员，不清楚错误原因，且开发环境仅支持C++11标准。初步猜测是因为Create()是静态函数，无权调用非静态的构造函数，但不确定该判断是否正确。

你的猜测不成立。静态成员函数拥有和普通成员函数完全一致的类私有成员访问权限，编译报错的核心原因是：实际调用Foo私有构造函数的代码不是Create()本身，是标准库中std::make_shared的内部实现——这段代码不属于Foo类的成员范畴，自然没有访问Foo私有成员的权限。

C++的访问控制校验只看「执行访问操作的代码所在的作用域」，不会因为外层调用方是类成员，就给嵌套调用的、不属于类的外部代码开放私有访问权限。

C++11 兼容的解决方案 #

不使用std::make_shared，直接在类成员函数内部手动构造实例再交给shared_ptr管理即可，此时构造Foo实例的代码位于Create()作用域内，可以正常访问私有构造函数：

#include <iostream>
#include <memory>
 
class Foo : public std::enable_shared_from_this<Foo> {
private:                    
    Foo(int num):num_(num) { std::cout << "Foo::Foo\n"; }
public:
    ~Foo() { std::cout << "Foo::~Foo\n"; } 
    static std::shared_ptr<Foo> Create() { 
        return std::shared_ptr<Foo>(new Foo(5)); 
    }
private:
    int num_;
};
 
int main() {
    auto pf = Foo::Create(); 
}

方案说明 #

• 该实现完全符合C++11标准，不需要更高版本语法支持
• 相比std::make_shared会存在一次额外的控制块内存分配开销，但可以完美解决私有构造函数的访问权限问题
• 禁止用户直接构造实例的需求完全满足：外部代码无法调用私有构造函数，只能通过Create()方法获取托管的实例指针

补充：如果后续可以升级到C17及以上版本，还可以通过自定义分配器实现和make_shared一致的单次内存分配效果，但C11环境下上述写法是兼容性、可读性最均衡的实现。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者John