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一.常见特殊类的设计方式
1.请设计一个类，不能被拷贝
拷贝只会发生在两个场景中：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
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
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
cpp
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
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
cpp
// 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
final关键字，final修饰类，表示该类不能被继承
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
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
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
单例模式的两种实现方法:
- 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
cpp
// 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
// 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;
}饿汉和懒汉的区别:
- 懒汉模式需要考虑线程安全和释放的问题 ,实现相对更复杂,而饿汉不存在以上问题,实现简单
- 懒汉是一种懒加载模式需要时在初始化建立对象,不会影响程序的启动,饿汉模式则相反,程序启动阶段就创建初始化实例对象,会导致程序启动慢,影响体验
- 如果有多个单例类,假设有依赖关系(B依赖A),要求A单例先创建初始化,B单例在创建初始化,那么就不能用饿汉模式,因为无法保证创建初始化顺序,这是用懒汉我们就可以手动控制
二.C语言类型转换
在C语言中，如果赋值运算符左右两侧类型不同，或者形参与实参类型不匹配，或者返回值类型与接收返回值类型不一致时，就需要发生类型转化，C语言中总共有两种形式的类型转换：隐式类型转换和显式类型转换
- 隐式类型转化：编译器在编译阶段自动进行，能转就转，不能转就编译失败
- 显式类型转化：需要用户自己处理
cpp
void Test ()
{
int i = 1;
// 隐式类型转换
double d = i;
printf("%d, %.2f\n" , i, d);
int* p = &i;
// 显示的强制类型转换
int address = (int) p;
printf("%x, %d\n" , p, address);
}缺陷:转换的可视性比较差，所有的转换形式都是以一种相同形式书写，难以跟踪错误的转换
三.C++强制类型转换
标准C++为了加强类型转换的可视性，引入了四种命名的强制类型转换操作符：
static_cast、reinterpret_cast、const_cast、dynamic_cast
1.static_cast
static_cast用于非多态类型的转换（静态转换），编译器隐式执行的任何类型转换都可用 static_cast，但它不能用于两个不相关的类型进行转换
cpp
int main()
{
double d = 12.34;
int a = static_cast<int>(d);
cout<<a<<endl;
return 0;
}2.reinterpret_cast
reinterpret_cast操作符通常为操作数的位模式提供较低层次的重新解释，用于将一种类型转换为另一种不同的类型
cpp
int main()
{
double d = 12.34;
int a = static_cast<int>(d);
cout << a << endl;
// 这里使用static_cast会报错，应该使用reinterpret_cast
//int *p = static_cast<int*>(a);
int *p = reinterpret_cast<int*>(a);
return 0;
}3.const_cast
const_cast最常用的用途就是删除变量的const属性，方便赋值
cpp
void Test ()
{
const int a = 2;
int* p = const_cast< int*>(&a );
*p = 3;
cout<<a <<endl;
}4.dynamic_cast
dynamic_cast用于将一个父类对象的指针/引用转换为子类对象的指针或引用(动态转换)
向上转型：子类对象指针/引用->父类指针/引用(不需要转换，赋值兼容规则)
向下转型：父类对象指针/引用->子类指针/引用(用dynamic_cast转型是安全的)
注意:
- dynamic_cast只能用于父类含有虚函数的类
- dynamic_cast会先检查是否能转换成功，能成功则转换，不能则返回0
cpp
class A
{
public :
virtual void f(){}
};
class B : public A
{};
void fun (A* pa)
{
// dynamic_cast会先检查是否能转换成功，能成功则转换，不能则返回
B* pb1 = static_cast<B*>(pa);
B* pb2 = dynamic_cast<B*>(pa);
cout<<"pb1:" <<pb1<< endl;
cout<<"pb2:" <<pb2<< endl;
}
int main ()
{
A a;
B b;
fun(&a);
fun(&b);
return 0;
}注意:
强制类型转换关闭或挂起了正常的类型检查，每次使用强制类型转换前，程序员应该仔细考虑是否还有其他不同的方法达到同一目的，如果非强制类型转换不可，则应限制强制转换值的作用 域，以减少发生错误的机会。强烈建议：避免使用强制类型转换
四.RTTI
RTTI：Run-time Type identification的简称，即：运行时类型识别
C++通过以下方式来支持RTTI：
- typeid运算符
- dynamic_cast运算符
- decltype