通过限制对象的内存分配位置来实现特定的设计目标

《More Effective C++》中的条款27聚焦于如何通过语言特性强制或禁止对象在堆上分配，其核心目标是通过控制内存分配位置来提升代码的安全性、可维护性和资源管理效率。

个人觉得，这个条款看看就可以了，可能在个别情况下需要考虑条款中说的情况。

以下是该条款的详细解析：

一、核心设计思想

条款27的核心是通过限制对象的内存分配位置来实现特定的设计目标。例如：

强制堆分配：确保对象生命周期由开发者显式管理（如多态对象需通过指针操作）。
禁止堆分配：避免内存泄漏（如嵌入式系统中堆空间珍贵），或确保资源自动释放（如RAII类）。

二、强制对象在堆上分配

1. 析构函数私有化

原理：栈上对象的析构由编译器自动调用，若析构函数为私有，编译器无法生成析构代码，导致栈分配失败。

实现步骤 ：

cpp 复制代码

class UPNumber {
private:
    ~UPNumber() {} // 析构函数私有
public:
    static UPNumber* create() { return new UPNumber(); } // 工厂函数
    void destroy() { delete this; } // 显式释放内存
};

问题与解决方案 ：
- 继承问题 ：若类需被继承，析构函数应设为protected，并通过工厂函数创建对象。
- 拷贝构造函数 ：若未声明拷贝构造函数，编译器会生成公有的默认版本，可能导致栈上拷贝。需显式删除拷贝构造函数：
  cpp 复制代码
```
UPNumber(const UPNumber&) = delete;
UPNumber& operator=(const UPNumber&) = delete;
```

2. 构造函数私有化（配合工厂函数）

原理：禁止直接调用构造函数，强制通过工厂函数创建对象。

实现示例 ：

cpp 复制代码

class Singleton {
private:
    Singleton() {}
    static Singleton* instance;
public:
    static Singleton* getInstance() {
        if (!instance) instance = new Singleton();
        return instance;
    }
};

注意点：需处理编译器生成的默认构造函数（如拷贝构造函数），避免意外创建栈对象。

3. 处理数组分配

问题：new UPNumber[10]会调用operator new[]，若未重载该运算符，可能绕过限制。
解决方案 ：同时重载operator new和operator new[]，并设为私有。

三、禁止对象在堆上分配

1. 删除operator new

原理：new操作符调用operator new分配内存，若该函数被删除，堆分配会编译失败。

实现示例 ：

cpp 复制代码

class StackOnly {
public:
    void* operator new(size_t) = delete; // 禁止new
    void* operator new[](size_t) = delete; // 禁止new[]
};

应用场景：RAII类（如文件句柄、锁）需确保资源自动释放，禁止堆分配可避免手动管理内存。

2. 构造函数结合内存检测（非移植方案）

原理：利用栈和堆在内存中的位置差异（栈向下生长，堆向上生长）判断分配位置。

实现代码 （仅作演示，依赖平台特性）：

cpp 复制代码

class HeapProhibited {
public:
    HeapProhibited() {
        void* stackAddr = &stackAddr;
        void* thisAddr = this;
        if (stackAddr < thisAddr) { // 假设栈地址高于堆地址
            throw std::runtime_error("Object created on heap!");
        }
    }
};

局限性：不同平台内存布局不同，可能导致误判。

四、常见陷阱与解决方案

1. 继承与动态绑定

问题：若基类析构函数为私有，派生类无法正确销毁。
解决方案 ：
- 基类析构函数设为protected virtual，允许派生类重写。
- 通过工厂函数返回基类指针，确保正确调用析构函数。

2. 智能指针的影响

问题：std::make_unique等函数在堆上创建对象，若类禁止堆分配，需显式禁用。

解决方案 ：

cpp 复制代码

class NoHeap {
public:
    friend std::unique_ptr<NoHeap> std::make_unique<NoHeap>(); // 允许make_unique
    void* operator new(size_t) = delete;
};

或通过私有构造函数强制使用工厂函数。

3. 异常处理

问题：析构函数私有可能导致异常栈展开失败。
解决方案 ：确保析构函数在异常处理路径中可访问（如设为protected并通过基类管理）。

五、作者建议与最佳实践

优先使用析构函数私有化：相比构造函数私有化，析构函数仅需处理一个函数，更简洁。
结合工厂函数：通过静态工厂方法封装对象创建逻辑，提升代码可读性和可维护性。
明确文档说明：在类注释中清晰标注内存分配限制，避免误用。
测试边界情况：如数组分配、继承层次、异常场景等，确保限制生效。

六、实际应用场景

强制堆分配 ：
- 多态类（如Shape基类及其派生类）需通过指针操作，避免切片问题。
- 资源管理类（如std::thread）需延迟释放资源。
禁止堆分配 ：
- RAII类（如文件锁、数据库连接）需确保资源自动释放。
- 嵌入式系统中内存受限，需避免动态分配。

七、总结

条款27通过控制内存分配位置，将对象生命周期管理纳入类型系统，减少了人为错误的可能性。其核心方法包括：

强制堆分配：析构函数私有化 + 工厂函数。
禁止堆分配 ：删除operator new。
处理继承与异常 ：合理使用protected成员和虚析构函数。

开发者应根据具体需求选择合适的方法，并注意实现中的陷阱（如数组分配、智能指针兼容性）。通过结合条款27的技术，可显著提升代码的健壮性和可维护性。