特殊类设计 - 技术栈

1.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 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;
    //...
};

2. 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&)；
    
    // or
        
    // C++11    
    HeapOnly(const HeapOnly&) = delete;
};

3. 请设计一个类，只能在栈上创建对象

方法：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;
};

4. 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
{
    // ....
};

5. 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。**为什么会产生设计模式这样的东西呢？

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，初始化网络连接啊，读取文件等等，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
// 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;