c++中的特殊类设计
文章目录
- 1.请设计一个类，不能被拷贝
- 2. 请设计一个类，只能在堆上创建对象
- 3. 请设计一个类，只能在栈上创建对象
- 4. 请设计一个类，不能被继承
- 5. 请设计一个类，只能创建一个对象(单例模式)
1.请设计一个类，不能被拷贝
拷贝只会发生在两种场景中：拷贝构造函数以及赋值运算符的重载；因此想要让一个类禁止拷贝，只需要让该类不能够调用赋值运算符的重载以及拷贝构造函数即可。
c++98的方法：
将拷贝构造函数与赋值运算符重载只声明不定义，并且将其访问权限设置为私有即可。
class People
{
// ...
private:
People(const People&);
People& operator=(const People&);
//...
};
原因：
- 设置成私有：如果只声明没有设置成private，用户自己如果在类外定义了，就不能够禁止拷贝了。
- 只声明不定义:不定义是因为该函数根本不会调用，定义了其实也没有什么意义，不写反而还简单，而且如果定义了就不会防止成员函数的内部拷贝。
c++11的方法：
c++11扩展delete的用法，delete除了释放new申请的资源外，如果在默认成员函数后跟上delete，表示让编译器删除掉该默认成员函数。
class People
{
// ...
People(const People&)=delete；
People& operator=(const People&)=delete；
//...
};
2. 请设计一个类，只能在堆上创建对象
实现方式：
- 将类的构造函数私有，拷贝构造声明成私有，防止别人调用拷贝在栈上生成类对象；
- 提供一个静态的成员函数，在该静态成员函数中完成堆对象的创建。
class HeapOnly
{
public:
static HeapOnly* CreatObject()
{
return new HeapOnly;
}
private:
HeapOnly(){};
//c++98
//1.只声明不实现，因为实现可能会很复杂，而你本身不需要
//2.声明成私有
HeapOnly(const HeapOnly&);
//or
//c++11
HeapOnly(const HeapOnly&)=delete;
};
3. 请设计一个类，只能在栈上创建对象
方法一：同上将构造函数私有化，然后设计静态方法创建对象返回即可。
class StackOnly
{
public:
static StackOnly CreatObj()
{
return StackOnly();
}
// 禁掉operator new可以把下面用new 调用拷贝构造申请对象给禁掉
// StackOnly obj = StackOnly::CreateObj();
// StackOnly* ptr3 = new StackOnly(obj);
void* operator new(size_t size) = delete;
//new和delete操作符用于在堆（heap）内存上创建和删除对象
void operator delete(void* p) = delete;
private:
StackOnly()
:_a(0)
{}
private:
int _a;
}
4. 请设计一个类，不能被继承
C++98方式
// C++98中构造函数私有化，派生类中调不到基类的构造函数。则无法继承
class NonInherit
{
public:
static NonInherit GetInstance()
{
return NonInherit();
}
private:
NonInherit()
{}
};
C++11方法
final关键字，final修饰类，表示该类不能被继承。
class A final
{
// …
};
5. 请设计一个类，只能创建一个对象(单例模式)
设计模式：
设计模式（Design Pattern）是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类的、代码设计经验的
总结。为什么会产生设计模式这样的东西呢？就像人类历史发展会产生兵法。最开始部落之间打
仗时都是人拼人的对砍。后来春秋战国时期，七国之间经常打仗，就发现打仗也是有套路的，后
来孙子就总结出了《孙子兵法》。孙子兵法也是类似。
使用设计模式的目的：为了代码可重用性、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性。 设计模式使代码编写真正工程化；设计模式是软件工程的基石脉络，如同大厦的结构一样。
单例模式:
一个类只能创建一个对象，即单例模式，该模式可以保证系统中该类只有一个实例，并提供一个
访问它的全局访问点，该实例被所有程序模块共享。比如在某个服务器程序中，该服务器的配置
信息存放在一个文件中，这些配置数据由一个单例对象统一读取，然后服务进程中的其他对象再
通过这个单例对象获取这些配置信息，这种方式简化了在复杂环境下的配置管理。
单例模式有两种实现模式：
饿汉模式
就是说不管你将来用不用，程序启动时就创建一个唯一的实例对象。
饿汉模式
优点：简单
缺点：可能会导致进程启动慢，且如果有多个单例类对象实例启动顺序不确定。
class Singleton
{
public:
static Singleton* GetInstance()
{
return &m_instance;
}
private:
// 构造函数私有
Singleton(){};
// C++98 防拷贝
Singleton(Singleton const&);
Singleton& operator=(Singleton const&);
// or
// C++11
Singleton(Singleton const&) = delete;
Singleton& operator=(Singleton const&) = delete;
static Singleton m_instance;
};
Singleton Singleton::m_instance; // 在程序入口之前就完成单例对象的初始化
如果这个单例对象在多线程高并发环境下频繁使用，性能要求较高，那么显然使用饿汉模式来避
免资源竞争，提高响应速度更好。
懒汉模式
如果单例对象构造十分耗时或者占用很多资源，比如加载插件啊， 初始化网络连接啊，读取
文件啊等等，而有可能该对象程序运行时不会用到，那么也要在程序一开始就进行初始化，
就会导致程序启动时非常的缓慢。 所以这种情况使用懒汉模式（延迟加载）更好。
// 懒汉
// 优点：第一次使用实例对象时，创建对象。进程启动无负载。多个单例实例启动顺序自由控
制。
// 缺点：复杂
#include <iostream>
#include <mutex>
#include <thread>
using namespace std;
class Singleton
{
public:
static Singleton* GetInstance()
{
// 注意这里一定要使用Double-Check的方式加锁，才能保证效率和线程安全
if (nullptr == m_pInstance)
{
m_mtx.lock();
if (nullptr == m_pInstance)
{
m_pInstance = new Singleton();
}
m_mtx.unlock();
}
return m_pInstance;
}
// 实现一个内嵌垃圾回收类
class CGarbo
{
public:
~CGarbo()
{
if (Singleton::m_pInstance)
delete Singleton::m_pInstance;
}
};
// 定义一个静态成员变量，程序结束时，系统会自动调用它的析构函数从而释放单例对象
static CGarbo Garbo;
private:
// 构造函数私有
Singleton(){};
// 防拷贝
Singleton(Singleton const&);
Singleton& operator=(Singleton const&);
static Singleton* m_pInstance; // 单例对象指针
static mutex m_mtx; //互斥锁
};
Singleton* Singleton::m_pInstance = nullptr;
Singleton::CGarbo Garbo;
mutex Singleton::m_mtx;
int main()
{
thread t1([]{cout << &Singleton::GetInstance() << endl; });
thread t2([]{cout << &Singleton::GetInstance() << endl; });
t1.join();
t2.join();
cout << &Singleton::GetInstance() << endl;
cout << &Singleton::GetInstance() << endl;
return 0;
}