C++特殊类设计

1、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

cpp 复制代码

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

cpp 复制代码

class CopyBan
{
    // ...
    CopyBan(const CopyBan&)=delete;
    CopyBan& operator=(const CopyBan&)=delete;
    //...
};

2、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

cpp 复制代码

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、设计一个类，只能在栈上创建对象

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()
     {
         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、设计一个类，不能被继承

C++98方式

cpp 复制代码

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

cpp 复制代码

class A  final
{
    // ....
};

5、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

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

单例模式两种实现模式：

饿汉模式

程序启动时就创建一个唯一的实例对象

cpp 复制代码

// 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、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

cpp 复制代码

// 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;
}

C++特殊类设计

1、设计一个类，不能被拷贝

2、设计一个类，只能在堆上创建对象

3、 设计一个类，只能在栈上创建对象

4、设计一个类，不能被继承

5、设计一个类，只能创建一个对象(单例模式)

3、设计一个类，只能在栈上创建对象