特殊类设计

Posted 2022-03-16 小倪同学 -_-

文章目录

• 请设计一个类，只能在堆上创建对象
• 请设计一个类，只能在栈上创建对象
• 请设计一个类，不能被拷贝
• 请设计一个类，不能被继承
• 请设计一个类，只能创建一个对象(单例模式)

请设计一个类，只能在堆上创建对象

实现方式：

1. 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对象。
2. 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 OnlyHeap

public:
	// 2、提供一个static公有函数创建对象，对象创建的都在堆上
	static OnlyHeap* CreateObj()
	
		return new OnlyHeap;
	
private:
	// 1、构造函数私有化
	OnlyHeap()
		:_a(0)
	

	// C++98  防拷贝 -- 只声明，不实现，声明为私有
	OnlyHeap(const OnlyHeap& oh);

	// C++11  防拷贝
	OnlyHeap(const OnlyHeap& oh) = delete;
private:
	int _a;
;

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 CreateObj()
	
		return StackOnly();
	

private:
	StackOnly()
		:_a(0)
	
private:
	int _a;
;

方法二：屏蔽new

因为new在底层调用void* operator new(size_t size)函数，只需将该函数屏蔽掉即可。
注意：也要防止定位new

class StackOnly 
 
public: 
	StackOnly()
		:_a(0)
	
private: 
	 void* operator new(size_t size);
	 void operator delete(void* p);
private:
	int _a;
;

请设计一个类，不能被拷贝

拷贝只会放生在两个场景中：拷贝构造函数以及赋值运算符重载，因此想要让一个类禁止拷贝，只需让该类不能调用拷贝构造函数以及赋值运算符重载即可。

一：C++98
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 CopyBan

private:
	 CopyBan(const CopyBan&);
	 CopyBan& operator=(const CopyBan&);
;

原因如下：

1. 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，就可以不能禁止拷贝了。
2. 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内部拷贝了。

二：C++11

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 CopyBan

	 CopyBan(const CopyBan&)=delete;
	 CopyBan& operator=(const CopyBan&)=delete;
;

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:
	// 构造函数私有
	NonInherit()
	
;

// C++98 这种方式不够直接
// 这里是可以继承的，但是Derive不能创建对象，因为Derive的构造函数
// 必须要调用父类NonInherit构造，但是NonInherit的构造函数私有了，
// 私有在子类不可见，那么这里继承不会报错，继承的子类创建对象会报错
class Derive : NonInherit
;

C++11方法

final关键字，final修饰类，表示该类不能被继承。

class NonInherit final
;

class Derive : NonInherit
;

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。

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：

一，饿汉模式

程序启动时就创建一个唯一的实例对象。

static Singleton::_sinst;// 在程序入口之前就完成单例对象的初始化

class Singleton

public:
	// 提供一个获取单例对象的static成员函数
	static Singleton* GetInstance()
	
		return &_sinst;
	

private:
	// 构造函数私有化，不能随意创建对象
	Singleton()
	

	// 防拷贝
	Singleton(const Singleton&) = delete;
	Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;

	// 类里面声明一个static Singleton对象，在cpp定义这个对象
	// 保证全局只有一个唯一对象
	static Singleton _sinst;
;

饿汉模式在main函数之前，一开始就创建对象，虽然简单，但是存在以下缺陷

1. 如果单例对象的构造函数中要做很多工作，可能会导致程序启动慢
2. 如果多个单例类，并且他们之前有依赖关系，那么饿汉模式无法保证，为了更好的控制这些问题，有人就给出懒汉模式

二，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。

#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;
void func(int n) 
	cout << Singleton::GetInstance() << endl;

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