文章目录
- 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)
- 单例模式：
- 饿汉模式：
- 懒汉模式：
- 懒汉模式的线程安全问题
- 工厂模式
- 观察者模式
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：
class CopyBan {
// ...
private:
CopyBan(const CopyBan&);
CopyBan& operator=(const CopyBan&);
//...
};
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 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
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() {}
// C++98
// 1.只声明,不实现。因为实现可能会很麻烦，而你本身不需要
// 2.声明成私有
HeapOnly(const HeapOnly&);
// C++11
HeapOnly(const HeapOnly&) = delete;
};
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();
}
// 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;
void operator delete(void* p) = delete;
private:
StackOnly()
:_a(0)
{}
private:
int _a;
};
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 NonInherit final
{
public:
// ...
};
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：
- 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，提前(main函数启动时)创建好实例对象
- 优点：实现简单
- 缺点：1、可能会导致进程启动慢、2、如果两个单例有启动先后顺序，那么饿汉无法控制
class A
{
public:
static A * GetInstance()
{
return &_inst;
}
void Add(const string & key, const string & value)
{
_dict[key] = value;
}
void Print()
{
for (auto& kv : _dict)
{
cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;
}
cout << endl;
}
private:
// 构造函数私有
A()
{}
A(const A & aa) = delete;
A& operator=(const A& aa) = delete;
map<string, string> _dict;
int _n = 0;
static A _inst;
};
// 在程序入口之前就完成单例对象的初始化
A A::_inst;
int main()
{
// 无法创建
//A aa1;
//A aa2;
// 可以进行调用
A::GetInstance()->Add("sort", "排序");
A::GetInstance()->Add("left", "左边");
A::GetInstance()->Add("right", "右边");
A::GetInstance()->Print();
// 拷贝构造禁止使用
// A copy(*A::GetInstance());
// copy.Print();
// A::GetInstance()->Add("left", "剩余");
// copy.Print();
// A::GetInstance()->Print();
// 赋值也无法使用
// *A::GetInstance() = *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。
- 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
class B
{
public:
static B* GetInstance()
{
if (_inst == nullptr)
{
_inst = new B;
}
return _inst;
}
void Add(const string& key, const string& value)
{
_dict[key] = value;
}
void Print()
{
for (auto& kv : _dict)
{
cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;
}
cout << endl;
}
static void DelInstance()
{
if (_inst)
{
delete _inst;
_inst = nullptr;
}
}
private:
B()
{}
~B()
{
// 持久化：要求把数据写到文件
cout << "数据写到文件" << endl;
}
B(const B& aa) = delete;
B& operator=(const B& aa) = delete;
map<string, string> _dict;
int _n = 0;
static B* _inst;
// 期望main函数结束后自动调用
class gc
{
public:
~gc()
{
DelInstance();
}
};
static gc _gc;
};
B* B::_inst = nullptr;
// 期望main函数结束后自动调用
B::gc B::_gc;
int main()
{
B::GetInstance()->Add("sort", "排序");
B::GetInstance()->Add("left", "左边");
B::GetInstance()->Add("right", "右边");
B::GetInstance()->Print();
B::GetInstance()->Add("right", "xxx");
B::GetInstance()->Print();
// 显示的调用释放
B::DelInstance();
cout << "xxxxxxxxxxx" << endl;
return 0;
}
懒汉模式的线程安全问题
- 懒汉模式的线程安全问题已经在 Linux多线程【线程互斥】 中讲解：
- 大概实现如下：
- 局部的静态对象，是在第一次调用时初始化
- C++11之前，他不是，也就说, C++11之前的编译器，那么这个代码不安全的
- C++11之后可以保证局部静态对象的初始化是线程安全的，只初始化一次
class Singleton
{
public:
// 提供获取单例对象的接口函数
static Singleton& GetInstance()
{
// 局部的静态对象，是在第一次调用时初始化
// C++11之前，他不是，也就说, C++11之前的编译器，那么这个代码不安全的
// C++11之后可以保证局部静态对象的初始化是线程安全的，只初始化一次
static Singleton inst;
return inst;
}
private:
// 构造函数私有
Singleton()
{
cout << "Singleton()" << endl;
}
// 防拷贝
Singleton(const Singleton& s) = delete;
Singleton& operator=(const Singleton& s) = delete;
};
int main()
{
Singleton::GetInstance();
return 0;
}
工厂模式
- 用于创建对象的一个接口，让子类决定实例化哪个类
class Product {
public:
virtual void show() = 0;
};
class ConcreteProduct : public Product {
public:
void show() override {
std::cout << "ConcreteProduct Show" << std::endl;
}
};
class Factory {
public:
virtual Product* createProduct() = 0;
};
class ConcreteFactory : public Factory {
public:
Product* createProduct() override {
return new ConcreteProduct();
}
};
观察者模式
- 定义了一种一对多的依赖关系，让多个观察者对象同时监听某一主题对象
#include <iostream>
#include <list>
#include <string>
class Observer {
public:
virtual void update(std::string message) = 0;
};
class ConcreteObserver : public Observer {
public:
void update(std::string message) override {
std::cout << "Received message: " << message << std::endl;
}
};
class Subject {
private:
std::list<Observer*> observers;
std::string message;
public:
void attach(Observer* observer) {
observers.push_back(observer);
}
void notify() {
for (auto observer : observers) {
observer->update(message);
}
}
void setMessage(std::string msg) {
message = msg;
}
};
int main() {
Subject subject;
Observer* observer = new ConcreteObserver();
subject.attach(observer);
subject.setMessage("Hello, World!");
subject.notify();
delete observer;
return 0;
}
