【hello C++】特殊类设计

目录

一、设计一个类，不能被拷贝

二、设计一个类，只能在堆上创建对象

三、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)

C++🌷

一、设计一个类，不能被拷贝

**拷贝只会发生在两个场景中：**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。

// C++98
class CopyBan
{

private:
	Person(const CopyBan&);
	Person& 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=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;
	//...
};

二、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&);

 // or

 // C++11    
 HeapOnly(const HeapOnly&) = delete;

};

三、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;
};

四、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
{
	// ....
};

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：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;
}