特殊类设计

Posted 2022-11-26 The August

特殊类设计

• 请设计一个类，不能被拷贝
• 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，不能被继承
• 请设计一个类，只能创建一个对象(单例模式)
• • 饿汉模式
  • 懒汉模式

请设计一个类，不能被拷贝

拷贝只会放在两个场景中：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

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：

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。

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，只能在堆上创建对象

方法一：
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

#include<iostream>
using namespace std;

class OnlyHeap

public:
	
	static OnlyHeap* CreateObj()
	
		return new OnlyHeap;
	
private:
	// 构造函数私有化
	OnlyHeap()
		:_a(0)
	
	//OnlyHeap(const OnlyHeap& oh);
	//OnlyHeap& operator=(OnlyHeap oh);

	OnlyHeap(const OnlyHeap& oh) = delete;
	OnlyHeap& operator=(OnlyHeap oh) = delete;
private:
	int _a;
;

int main()

	//OnlyHeap oh;
	//OnlyHeap* ptr = new OnlyHeap;
	OnlyHeap* ptr = OnlyHeap::CreateObj();
	//OnlyHeap copy(*ptr);

	delete ptr;

	return 0;

注意：

• 推荐主要使用这种方式，因为这种设计思路非常通用
• 在将构造函数私有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，否则会陷入“先有鸡还是先有蛋的思维”中去（编译器会报错）
• 这种思想要注意有个死穴——可以使用拷贝构造、赋值拷贝在栈上创建对象
• C++98中 防拷贝 —— 只声明，不实现，声明为私有（但是这种方式可以在类外面实现，还是可以用不正当的手段在栈上创建对象（比较不安全））
• C++11中 防拷贝—— OnlyHeap(const OnlyHeap& oh) = delete; 、OnlyHeap& operator=(OnlyHeap oh) = delete; 访问限定符是什么都行

方法二：

1. 将类的析构函数私有
2. 提供一个的成员函数，在该成员函数中完成堆对象的内存释放

#include<iostream>
using namespace std;

class OnlyHeap

public:
	void DestoryObj()
	
		
		delete this;
		//this = nullptr;   //不能在类内部置空
	
private:
	~OnlyHeap()
	
		cout << "~OnlyHeap()" << endl;
	
private:
	int _a;
;

int main()

	//OnlyHeap oh;  //不能在栈上创建
	OnlyHeap* ptr = new OnlyHeap;
	ptr->DestoryObj();
	//这样用拷贝也不能创建出来对象

	//delete ptr; //释放失败

	return 0;

注意：

• 该方式不是考虑拷贝构造、复制拷贝，只要构造函数创建类对象就会默认调用析构函数，当析构函数设置成私有时，构造函数就调不了，因此在栈上也创建不了对象

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;
;

int main()

	StackOnly so=StackOnly::CreateObj();
	// 这种方式存在一些漏洞，无法禁止在静态区创建对象
	static StackOnly sso=so;

	return 0;

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：要防止定位new

class StackOnly

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

int main()

	StackOnly so;
	//StackOnly* ptr = new StackOnly;
	// 这种方式存在一些漏洞，无法禁止在静态区创建对象
	//static StackOnly sso;
	//StackOnly* n = (StackOnly*)malloc(sizeof(StackOnly));
	//new(n)StackOnly;  //定位new
	return 0;

注意：这两种方式存在一些漏洞，无法禁止在静态区创建对象

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()
	
;

class Derive : NonInherit
;

int main()

	Derive d;

	return 0;

总结： 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

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  //不能继承
;

int main()

	Derive d;
	return 0;

C++11 的不能被继承的方式，直观、简单明了

请设计一个类，只能创建一个对象(单例模式)

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。

补充：设计模式：迭代器模式、适配器模式、工厂模式、观察者模式、单例模式……

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。

全局只有唯一的Singleton实例对象，那么他里面的成员也就是单例的
饿汉模式

• 优点：

• 1. 简单
• 2. 如果这个单例对象在多线程（main函数之后）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。

• 缺点：

• 1. 单例对象时main函数之前创建初始化的，可能会导致进程启动慢，
• 2. 如果有多个单例类对象实例启动顺序不确定。
• 3. 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
• 4. 不能主动释放对象空间

懒汉模式

事先没有准备，第一次访问时，才创建单例对象

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。

懒汉模式 第一个调用GetInstance时，才会创建初始化单例对象，相对于饿汉，不存在可能会导致启动慢的问题，也可以控制顺序依赖的问题了

懒汉模式：

• 优点：
• 1. 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。
• 2. 相比于饿汉模式，可以自动的释放实例对象的内存空间
• 缺点：
• 1. 相对复杂一些，尤其还要控制线程安全的问题（要使用Double-Check的方式加锁，才能保证效率和线程安全。）

补充：

• 单例模式：定义一个全局对象，但是这种方式存在很大的缺陷，这个对象只能定义在一个.h文件中，如果这个.h在多个.cpp包含，那么链接会报错 ，原因是链接时会有多个不同的对象，合并时会出现问题。
• 解决方案：
• 1. 在.h中用extern声明全局对象，在一个.cpp中创建对象
• 2. 在.h中用static修饰全局对象，但是之中方案不可行，因为在多个.cpp中会创建多个不同的对象，这与问题相违背（不可取）