C++——特殊类设计

我的代码爱吃辣2023-10-23 20:04

目录

一.不能被拷贝的类

1.C++98做法

2.C++11做法

二.只能在堆上实例化的类

1.实现方式一

2.实现方式二

三.只能在栈上创建的对象

四.不能被继承的类

1.C++98方式

2.C++11方式

五.只能创建一个对象的类

1.设计模式

2.单例模式

一.不能被拷贝的类

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。

1.C++98做法

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。

这样做的原因有两个：

  1. 只声明不定义：防止编译器自己生成拷贝构造函数以及赋值运算符重载， 防止成员函数内部拷贝**。**
  2. 设置成私有：防止别人在外部定义。
cpp 复制代码 
class Bancopy
{
public:
	Bancopy(int x)
		:_x(x)
	{
	}
private:
	Bancopy(Bancopy& obj);
	Bancopy& operator=(Bancopy& obj);
private:
	int _x;
};

2.C++11做法

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。

cpp 复制代码 
class Bancopy
{
public:
	Bancopy(int x)
		:_x(x)
	{
	}

	Bancopy(Bancopy& obj) = delete;
	Bancopy& operator=(Bancopy& obj) = delete;
private:
	int _x;
};

二.只能在堆上实例化的类

1.实现方式一

  1. 将析构函数私有，构造函数公有化。
  2. 凡是需要编译器自动调用析构函数释放的对象都是不可以创建的，只有堆空间创建的对象可以手动释放对象空间。
  3. 提供一个共有函数，Destory,用于对象的析构。
cpp 复制代码 
//思路一，将析构函数私有化
class HeapOnly
{
public:
	HeapOnly(int x)
		:_x(x)
	{
	}
	void Destory()
	{
		cout << "delete this" << endl;
		delete this;
	}
private:
	~HeapOnly()
	{
	}
private:
	int _x;
};

测试代码：

cpp 复制代码 
int main()
{
	//HeapOnly t1(100);//对象无法自动调用析构函数
	//static HeapOnly t2(100);//对象无法自动调用析构函数

	//手动释放对象空间
	HeapOnly* t = new HeapOnly(100);
	t->Destroy();

	return 0;
}

2.实现方式二

  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。
cpp 复制代码 
//思路二，将构造函数私有化
class HeapOnly
{
public:
	static HeapOnly* CreateObj(int x)
	{
		return new HeapOnly(x);
	}

	void Destroy()
	{
		cout << "delete this" << endl;
		delete this;
	}

	HeapOnly(HeapOnly& Obj) = delete;
	HeapOnly& operator=(HeapOnly& Obj) = delete;

private:
	HeapOnly(int x)
		:_x(x)
	{
	}
private:
	int _x;
};

测试代码：

cpp 复制代码 
int main()
{
	//手动释放对象空间
	HeapOnly* t = HeapOnly::CreateObj(100);

	//HeapOnly t2 = (*t); error
	//t2 = *t; error

	t->Destroy();

	return 0;
}

三.只能在栈上创建的对象

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。

cpp 复制代码 
class StackOnly
{
public:
	static StackOnly CreateObj(int x)
	{
		return  StackOnly(x);
	}

	StackOnly& operator=(StackOnly& Obj) = delete;

private:
	StackOnly(int x)
		:_x(x)
	{
	}
private:
	int _x;
};

缺陷：对于静态对象我们没有办法阻止创建，因为我们通过静态的CreateObj也是需要传值返回的。如果将拷贝构造封住，换成移动构造，可以将普通的对象赋值给静态的对象拦截住，但是对于move之后的普通对象赋值给静态对象。

cpp 复制代码 
class StackOnly
{
public:
	static StackOnly CreateObj(int x)
	{
		return  StackOnly(x);
	}

	StackOnly(StackOnly&& Obj) 
	{
		_x = Obj._x;
	}

	StackOnly(StackOnly& Obj) = delete;
	StackOnly& operator=(StackOnly& Obj) = delete;

private:
	StackOnly(int x)
		:_x(x)
	{
	}
private:
	int _x;
};
cpp 复制代码 
int main()
{
	StackOnly t = StackOnly::CreateObj(100);
	//StackOnly* pt = new StackOnly(200); error 

	//static StackOnly t1 = t; //error 
	static StackOnly t1 = move(t);//没办法阻止

	return 0;
}

四.不能被继承的类

1.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。派生类在对于基类的那部分数据回去调用基类的构造函数来完成，如果基类的构造函数变成私有，那么派生类就无法调用构造。接入派生类无法创建对象。

cpp 复制代码 
class base
{
public:
	static base GetInstance()
	{
		return base();
	}
private:
	base()
	{}
};

2.C++11方式

final关键字，final修饰类，表示该类不能被继承。

cpp 复制代码 
class base final
{
public:
	
	base()
	{}
private:
	
};

五.只能创建一个对象的类

1.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。

2.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。

  • 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。

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。

cpp 复制代码 
//单例模式------饿汉模式
class Singleton
{
public:
	static Singleton* GetSingleton()
	{
		return singleton;
	}

	vector<string> &get_sing_list()
	{
		return _sing_list;
	}

	void showlist()
	{
		for (auto e : _sing_list)
		{
			cout << e << endl;
		}
	}
private:
	//构造函数
	Singleton()
	{}
	Singleton(Singleton const&) = delete;
	Singleton& operator=(Singleton const&) = delete;
private:
	vector<string> _sing_list;
	static Singleton* singleton;
};
//初始化的是类内部成员，可以访问私有的构造函数
//在没有进入主函数的时候，单例对象已经实例化完成
Singleton* Singleton::singleton = new Singleton;

测试代码：

cpp 复制代码 
int main()
{
	Singleton* singleton = Singleton::GetSingleton();
	singleton->get_sing_list().push_back("《冰雨》------刘德华");
	singleton->get_sing_list().push_back("《月光》------胡彦斌");
	singleton->get_sing_list().push_back("《倒带》------周杰伦");
	singleton->get_sing_list().push_back("《呓语》------毛不易");

	singleton->showlist();

	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。

cpp 复制代码 
//单例模式------懒汉模式
class Singleton
{
public:
	static Singleton* GetSingleton()
	{
		if (singleton == nullptr)//防止因为每次创建对象都要加锁带来的性能上的损耗
		{
			_mutex.lock();//防止多线程创建的时候，出现并发问题
			if (singleton == nullptr)
			{
				singleton = new Singleton;
			}
	        _mutex.unlock();
		}
		return singleton;
	}
	
	vector<string> &get_sing_list()
	{
		return _sing_list;
	}

	void showlist()
	{
		for (auto e : _sing_list)
		{
			cout << e << endl;
		}
	}
private:
	//构造函数
	Singleton()
	{
		i++;
	}
	Singleton(Singleton const&) = delete;
	Singleton& operator=(Singleton const&) = delete;
private:
	
	static mutex _mutex;
	vector<string> _sing_list;
	static Singleton* singleton ;
};

Singleton* Singleton::singleton = nullptr;
mutex Singleton::_mutex;
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