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的方式(只声明)

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。

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的方式(=delete)

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。

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

new的需要手动delete,其他两个会自动释放

解决办法1

直接把析构私有，让hp1和hp3无法自动析构

不过会引发hp2无法手动释放

解决办法

解决办法2

这样就会有可以拷贝hp2的情况(拷贝后可能在栈)

解决办法

把拷贝构造和赋值封死

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。

因为这里的拷贝也符合了，所以就会出现以下问题(就可以在堆上开空间了)

重要知识点

解决办法:要先了解new的原理，这里new的时候不可以调用构造，但是还可以调用拷贝构造，但这里不能直接封了拷贝构造，因为StackOnly st用的是拷贝构造，new：会调用两个部分，一部分是构造一部分是operator new，之所以要调用operator new,而不直接调用malloc，是因为operator new会抛异常

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

cpp 复制代码

class NonInherit

{

public:
 static NonInherit GetInstance()
 {
 return NonInherit();
 }

private:
 NonInherit()
 {}
};

C++11方法(ﬁnal)

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. 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(都不知道是在初始化还是系统挂了)，且如果有多个单例类对象实例启动顺序不确定。

第一步：构造函数私有(不能随意创建)

把map<string,string>设为私有

创建static变量

类外声明

2、提供获取单例对象的接口函数

创建对象

问题(需要防止拷贝)

然后就会出现一个问题，没有绝对防死可以拷贝构造对象

Singleton copy(Singleton::GetInstance());

第三步防拷贝

添加数据并打印

cpp 复制代码

 饿汉模式:一开始(main函数之前)就创建单例对象
静态的在main之前就创建了
 1、如果单例对象初始化内容很多，影响启动速度
 2、如果两个单例类，互相有依赖关系。 
 假设有A B两个单例类，要求A先创建，B再创建，B的初始化创建依赖A
class Singleton
{
public:
	// 2、提供获取单例对象的接口函数
	static Singleton& GetInstance()//instance是实例的意思
	{
		return _sinst;
	}

	//覆盖型的Add
	void Add(const pair<string, string>& kv)
	{
		_dict[kv.first] = kv.second;
	}

	void Print()
	{
		for (auto& e : _dict)
		{
			cout << e.first << ":" << e.second << endl;
		}
		cout << endl;
	}

private:
	// 1、构造函数私有
	Singleton()
	{
		// ...
	}

	// 3、防拷贝
	Singleton(const Singleton& s) = delete;
	Singleton& operator=(const Singleton& s) = delete;

	//使map全局只有唯一实例
	map<string, string> _dict;
	// ...

	//可以创建自己类型的对象，也不会套娃，因为静态的在静态区
	//静态的在main之前就创建了
	static Singleton _sinst;
};

Singleton Singleton::_sinst;

int main()
{
	//保证创建的都是一个对象
	//三个地址都一样，说明三个创建的是同一个
	cout << &Singleton::GetInstance() << endl;
	cout << &Singleton::GetInstance() << endl;
	cout << &Singleton::GetInstance() << endl;

	Singleton copy(Singleton::GetInstance());

	//添加数据
	Singleton::GetInstance().Add({ "1111","2222" });
	Singleton::GetInstance().Print();
	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。

大问题用懒汉解决

1、如果单例对象初始化内容很多，影响启动速度

2、如果两个单例类，互相有依赖关系。

假设有A B两个单例类，要求A先创建，B再创建，B的初始化创建依赖A，就没法用饿汉了，然后就有了下面的懒汉

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

//懒汉用的static指针，main之前创建一个指针不耽误时间

//顺序可以随便控制

//单例一般不用智能指针，所以需要显示释放

// 特殊场景：1、中途需要显示释放 2、程序结束时，需要做一些特殊动作（如持久化）

改进

cpp 复制代码

//懒汉用的static指针，main之前创建一个指针不耽误时间
//顺序可以随便控制
//单例一般不用智能指针，所以需要显示释放
// 特殊场景：1、中途需要显示释放  2、程序结束时，需要做一些特殊动作（如持久化）

namespace lazy
{
	class Singleton
	{
	public:
		//改进：：2
		// 2、提供获取单例对象的接口函数
		static Singleton& GetInstance()
		{
			if (_psinst == nullptr)
			{
				// 第一次调用GetInstance的时候创建单例对象
				_psinst = new Singleton;
			}

			return *_psinst;
		}

		//改进：：3
		// 一般单例不用释放。
		// 特殊场景：1、中途需要显示释放  2、程序结束时，需要做一些特殊动作（如持久化）
		static void DelInstance()
		{
			if (_psinst)
			{
				delete _psinst;
				_psinst = nullptr;
			}
		}

		void Add(const pair<string, string>& kv)
		{
			_dict[kv.first] = kv.second;
		}

		void Print()
		{
			for (auto& e : _dict)
			{
				cout << e.first << ":" << e.second << endl;
			}
			cout << endl;
		}

		//改进：：5，因为一个单例显示释放一次多个就要多次delete太麻烦
		//所以有了GC
		//用智能指针又没办法显示释放
		class GC
		{
		public:
			~GC()
			{
				lazy::Singleton::DelInstance();
			}
		};

	private:
		// 1、构造函数私有
		Singleton()
		{
			// ...
		}
		
		//程序结束后，把东西写入文件中(可持久化)
		~Singleton()
		{
			cout << "~Singleton()" << endl;

			//改进：：4
			// map数据写到文件中，可持久化
			FILE* fin = fopen("map.txt", "w");
			for (auto& e : _dict)
			{
				fputs(e.first.c_str(), fin);
				fputs(":", fin);
				fputs(e.second.c_str(), fin);
				fputs("\n", fin);
			}
		}

		// 3、防拷贝
		Singleton(const Singleton& s) = delete;
		Singleton& operator=(const Singleton& s) = delete;

		map<string, string> _dict;
		// ...

		//改进：：这里弄一个指针
		static Singleton* _psinst;

		//改进：：5
		static GC _gc;
	};
	//类外定义
	Singleton* Singleton::_psinst = nullptr;
	//改进：：5
	Singleton::GC Singleton::_gc;
}
int main()
{
	//Singleton s1;
	//Singleton s2;

	cout << &lazy::Singleton::GetInstance() << endl;
	cout << &lazy::Singleton::GetInstance() << endl;
	cout << &lazy::Singleton::GetInstance() << endl;

	//Singleton copy(Singleton::GetInstance());

	lazy::Singleton::GetInstance().Add({ "xxx", "111" });
	lazy::Singleton::GetInstance().Add({ "yyy", "222" });
	lazy::Singleton::GetInstance().Add({ "zzz", "333" });
	lazy::Singleton::GetInstance().Add({ "abc", "333" });

	lazy::Singleton::GetInstance().Print();

	//lazy::Singleton::DelInstance();

	lazy::Singleton::GetInstance().Add({ "abc", "444" });
	lazy::Singleton::GetInstance().Print();

	//lazy::Singleton::DelInstance();

	return 0;
}