C++进阶（十六）特殊类设计

在这里插入图片描述

📘北尘_：个人主页
🌎个人专栏:《Linux操作系统》《经典算法试题》《C++》《数据结构与算法》

☀️走在路上，不忘来时的初心

文章目录

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

一、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。
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 A
{
public:
private:
	A(const A& b)
	{}
	A& operator=(const A& b)
	{}
	///......
};

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，就可以不能禁止拷贝了
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 A
{
public:
	A(const A& b) = delete;
	A& operator=(const A& b) = delete;
};

二、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* CreateObject()
	{
		return new HeapOnly;
	}
private:
	HeapOnly()
	{}
	HeapOnly(const HeapOnly& st) = delete;
};

三、请设计一个类，只能在栈上创建对象

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 CreateObject()
	{
		return StackOnly();
	}
	void* operator new(size_t size) = delete;
	void operator delete(void* p) = delete;
private:
	StackOnly()
		:_a(0)
	{}
	int _a;
};

四、请设计一个类，不能被继承

C++98
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

C++11

final关键字，final修饰类，表示该类不能被继承。

五、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：会导致进程启动较慢、多个单例类对象实例启动先后不确定
class A
{
public:
	static A* GetInstance()
	{
		return &_inst;
	}
	
private:
	A(){}
	A(const A& a) = delete;
	A operator=(const A& a) = delete;
	static A _inst;
};
A A::_inst;

int main()
{
	A::GetInstance();
	return 0;
}

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

```cpp
class B
{
public:
	static void DelInstance()
	{
		if (_inst)
		{
			delete _inst;
			_inst = nullptr;
		}
	}
	static B* GetInstance()
	{
		if (_inst == nullptr)
		{
			_inst = new B;
		}
		return _inst;
	}

private:
	B() {}
	~B() {}
	B(const B& a) = delete;
	B operator=(const B& a) = delete;
	static B* _inst;
	class gc
	{
	public:
		~gc()
		{
			DelInstance();
		}
	};

	static gc _gc;
};
B* B::_inst = nullptr;
B::gc B::_gc;