【C++】特殊类设计

[2. 请设计一个类，只能在堆上创建对象](#2. 请设计一个类，只能在堆上创建对象)

[4. 请设计一个类，不能被继承](#4. 请设计一个类，不能被继承)

[5. 请设计一个类，只能创建一个对象(单例模式)](#5. 请设计一个类，只能创建一个对象(单例模式))

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方式

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：如果只声明而没有设置成private，用户自己如果在类外定义了，就不能禁止拷贝了

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方式

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. 请设计一个类，只能在堆上创建对象

实现方式1

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

为什么需要静态的成员函数：调用 CreateObject 需要一个对象，而 CreateObject 的功能就是创建对象，如果将 CreateObject 声明为静态，就不需要用对象来调用，可以用 HeapOnly::CreateObject() 来调用。
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;
};
实现方式2

将析构函数声明为私有，在栈和静态区上创建的对象无法自动调用析构函数而报错，在堆创建的对象不会自动调用析构函数，在类中声明一个 Destroy 函数来析构对象。
cpp 复制代码
class HeapOnly
{
public:
	void Destroy()
	{
		delete this;
	}
private:
	~HeapOnly()
	{
		//...
	}
};

int main()
{
	HeapOnly* p = new HeapOnly;

	p->Destroy();

	return 0;
}

3.请设计一个类，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); // new 调用的是拷贝构造
    // 创建成功 error
	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方式

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

1、构造函数、拷贝构造、赋值重载私有

2、在类中定义一个同类的静态对象

3、提供访问静态对象的接口

4、在程序入口之前就完成单例对象的初始化

优点：1、实现简单。2、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。
缺点：1、如果单例对象较大，可能会导致进程启动慢（可能不知道是程序挂了还是正在启动），且影响调试的效率。2、如果有多个单例类对象，则它们实例顺序不确定，如果 A 的初始化依赖 B，这时可能出现错误

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;

    // 在类中声明一个同类的对象，这个对象只能通过函数获取
	static Singleton m_instance;
    // 不能声明为非静态的，否则会无限套娃
};

Singleton Singleton::m_instance;  // 在程序入口之前就完成单例对象的初始化
// m_instance 定义在类里，它可以调用构造函数

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

class Singleton
{
public:
	static Singleton* GetInstance()
	{
        if(p_instance == nullptr)
        {
            p_instance = new Singleton;
        }
		return *p_instance;
	}

    // 一般单例不用释放。
    // 特殊场景：1、中途需要显示释放  
    // 2、释放单例或程序结束时，需要做一些特殊处理（如数据写到文件）
    static void DelInstance()
    {
	    if (_psinst)
	    {
	    	delete _psinst;
	    	_psinst = nullptr;
	    }
    }

    ~Singleton()
    {
        // 数据写到文件中
    }
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* p_instance == nullptr;
 
};

如果有多个单例对象，这些单例对象都要显式调用 DelInstance() 来完成某个功能，但由于程序的出口也有很多，要保证在程序退出时单例对象都要显式调用 DelInstance() 难免有疏忽，可以考虑用一个类来管理这些单例对象的 DelInstance()，类似于智能指针。

cpp 复制代码

class GC
{
public:
	~GC()
	{
		lazy::Singleton::DelInstance();
	}
};

GC gc;

可以把 GC 类定义为单例类的内部类，在单例类中定义一个 GC 的静态对象，在类外初始化，它的作用是确保在退出程序时，调用 DelInstance()