C++：特殊类和单例模式

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不能被拷贝的类
设计一个只能在堆上创建对象的类
设计一个类，只能在栈上创建对象
单例模式：设计一个只能创建一个对象的类
- 饿汉模式
- 懒汉模式

不能被拷贝的类

设计一个不能被拷贝的类，通常来说方法就是把拷贝构造和赋值重载都设置为私有，这样就不能进行拷贝了

cpp 复制代码

class A
{
public:
	A()
	{}
private:
	A(const A& a);
	A& operator=(const A& a);
};

对于C++11来说，新增了delete的用法，可以直接删除这个函数，也能做到相同的效果

cpp 复制代码

class A
{
public:
	A()
	{}
	A(const A& a) = delete;
	A& operator=(const A& a) = delete;
private:
};

设计一个只能在堆上创建对象的类

这是一个比较奇怪的要求，但是也有对应实现的方法：

把类的构造函数设置为私有
提供一个静态的成员函数，通过函数调用来进行堆上对象的创建

cpp 复制代码

// 将构造函数都设置为私有
class A
{
private:
	A();
	A(const A&);
	A& operator=(const A&);
};

int main()
{
	A* pa = new A;
	A a;
}

这样就可以保证无法创建出对象，但是同样的也无法直接new出一个对象，因为new操作符底层是调用了operator new和构造函数

解决的方法是，设置一个静态的成员函数，用来完成堆上对象的创建

cpp 复制代码

class A
{
public:
	static A* create()
	{
		A* pa = new A;
		return pa;
	}
private:
	A();
	A(const A&);
	A& operator=(const A&);
};

int main()
{
	A* pa = A::create();
	return 0;
}

到这里正好进行回顾一下static修饰成员函数表示的意义：

static修饰成员函数，代表的是这个成员函数在类作用域内是全局函数，但是不能调用非静态成员变量和成员函数
static修饰成员函数，该成员函数没有this指针

所以基于这样的原因，就可以设计出上面的特殊类，把构造函数都私有化，但是保留一个静态成员函数，这样就可以通过类的作用域来调用new一个对象出来，但不能在栈上开辟空间

设计一个类，只能在栈上创建对象

这个实现的逻辑其实和前面基本相同，但是唯一的区别是要防止通过new操作符，因此可以这样设计

cpp 复制代码

class A
{
public:
	static A create()
	{
		return A();
	}
	
	void* operator new(size_t size) = delete;
	void operator delete(void* p) = delete;
private:
	A()
	{}
};

int main()
{
	A a = A::create();
	A* pa = new A(a);
	return 0;
}

单例模式：设计一个只能创建一个对象的类

什么是单例模式？

单例模式指的是，一个类只能创建一个对象，保证系统中只存在这样一个实例，提供访问它的全局访问点，这个实例被所有的程序模块所共享

使用场景？

简单来说，单例模式的使用场景之一就是对于一些特殊的情况，例如对于内存池来说，如果使用的不是单例模式，可能会创建出很多的内存池，那么在进行空间的申请就会有很奇怪的错误出现，不方便管理内存，因此有了单例模式，不管在什么场景下都只能有一个实例，所有的操作都必须在这个实例下进行，就完成了单例模式设计的初衷

如何设计单例模式？

单例模式的设计通常有两种，一种是饿汉模式，一种是懒汉模式，那么下面就基于这两种模式分别进行设计

饿汉模式

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'''

如何保证是只有一个？保证的原理基础是用static修饰成员变量，但这个成员变量就是一种类的实例

static修饰成员变量？

static修饰成员变量，表示一种声明，初始化要在类体外进行初始化，简单来说就是只是在类的内部声明了有这样的一个实例，但是并不占用类的内部内容，并且更便携的是，它还属于这个类，就意味着它可以调用类的内部成员函数完成一些内容，并且整个作用域内只有一份

cpp 复制代码

// 单例
// 饿汉模式: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:
	A()
	{}

	A(const A& aa) = delete;
	A& operator=(const A& aa) = delete;

	map<string, string> _dict;
	int _n = 0;

	static A _inst;
};

A A::_inst;

从上面的示例代码中其实可以看出这样的原理，将这个成员变量用static在类内修饰，并且把构造函数和拷贝构造等等的函数都放到私有的部分，这样就可以使得在整个类域中只有一个实例，在外部通过构造函数是无法创建出第二个实例，并且还能调用类内的成员函数，因为它本身其实是属于类的一部分

懒汉模式

懒汉模式在饿汉模式的基础上新增了一个指针的实例化过程，就可以保证在需要的时候进行初始化

cpp 复制代码

// 懒汉模式:第一次用的时候再创建（现吃现做）
// todo:线程安全问题
// new的懒汉对象一般不需要释放，进程正常结束会释放资源
// 如果需要做一些动作，比如持久化，那么可以利用gc类static对象搞定
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;

	class gc
	{
	public:
		~gc()
		{
			DelInstance();
		}
	};

	static gc _gc;
};

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