C++ 特殊类的设计

作者：可口也可樂

2022-11-23
湖南
本文字数：3287 字
阅读完需：约 11 分钟

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零、前言

本章我们主要讲解学习特殊类的设计方式

一、不能被拷贝

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

方式 1：

C++98 下，私有化拷贝构造函数与赋值运算符重载并且只声明不定义

示例代码：

class NoCopy{public:    NoCopy()        :_a(0)    {}private:    NoCopy(const NoCopy& oh);//只声明不用实现(C98)    NoCopy& operator=(const NoCopy& oh) ;    int _a;};

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解释：

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

方式二：

C++11 下，在拷贝构造函数与赋值运算符重载函数后跟上=delete

示例代码：

class NoCopy{public:    NoCopy()        :_a(0)    {}private:    NoCopy(const NoCopy& oh)=delete;//C++11    NoCopy& operator=(const NoCopy& oh)=delete;    int _a;};

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注：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，即不能被调用

示图：

二、只能在堆上创建对象

方式 1：

构造函数私有化，栈上创建的对象销毁调用不了析构函数而报错；给定特有的销毁函数，对堆上变量进行销毁

示例代码：

class OnlyHeap{public:    void Destory()    {        delete this;//类函数里调用delete        cout << "delete" << endl;    }private:    ~OnlyHeap()//析构函数私有化，栈上创建的对象销毁不能调用会报错    {        cout << "~OnlyHeap" << endl;    }
    int _a;};

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解释：

构造函数私有化：对于栈上创建的对象销毁调用不了析构函数会报错，也就是间接的不让创建栈对象
给定特有的销毁函数：在类函数里可以访问私有成员，进行 delete 时能够使用私有的析构函数并进行释放对象

方式 2：

私有化构造函数，拷贝构造。防止别人调用拷贝在栈上生成对象；提供静态的成员函数，在该静态成员函数中完成堆对象的创建

示例代码：

class OnlyHeap{public:    static OnlyHeap* ObjCreat()//提供对象创建的静态成员方法    {        cout << "new OnlyHeap" << endl;        return new OnlyHeap;    }private:    OnlyHeap()//禁止直接调用构造        :_a(0)    {        cout << "OnlyHeap" << endl;    }    OnlyHeap(const OnlyHeap& oh);//防止拷贝    OnlyHeap& operator=(const OnlyHeap& oh);
    int _a;};

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解释：

私有化构造函数/拷贝构造：防止别人调用拷贝在栈上生成对象
提供静态创建对象函数：在该静态成员函数中完成堆对象的创建，类里的函数能够调用私有化的构造函数

注：一定是静态的成员函数，静态成员函数不需要依赖对象进行调用，普通的成员函数则不行

示图：

三、只能在栈上创建对象

方式 1：

显示声明并私有化 operator new/operator delete 函数

示例代码：

class OnlyStack{public:    OnlyStack()        :_a(0)    {        cout << "Onlystack" << endl;    }private:    //显示成私有化避免调用    void* operator new(size_t size);    void operator delete(void* p);
    int _a;};

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解释：

显示私有化：显示是为了让 new 的时候找到对象专属的 operator new 函数，私有化则是为了不让 operator new 函数不被成功使用，避免调用

注：唯一的缺点是不能避免在静态区创建对象

示图：

方式 2：

私有化构造函数，提供特定创建对象的静态成员函数

示例代码：

class OnlyStack{public:    static OnlyStack ObjCreat()    {        return OnlyStack();//类里进行调用构造    }private:    OnlyStack()//构造私有化，避免new调用        :_a(0)    {        cout << "OnlyStack" << endl;    }    int _a;};

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解释：

私有化构造函数：new 一个对象=调用类的构造函数+operator new()，这里避免 new 调用创建对象

四、不能被继承的类

方式 1：

在 C++98 下，私有化构造函数，提供特定的创建静态成员函数

示例：

class NonInherit{public:    static NonInherit GetInstance()    {        return NonInherit();    }private:    // 构造函数私有    NonInherit()    {}};class Derive : NonInherit{};

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解释：

C++98 这种方式不够直接，这里是可以继承的，但是 Derive 不能创建对象，因为 Derive 的构造函数必须要调用父类 NonInherit 构造，但是 NonInherit 的构造函数私有了，私有在子类不可见，那么这里继承不会报错，继承的子类创建对象会报错

方式 2：

final 修饰类，表示该类不能被继承

示例代码：

class NoInherit final{};
class Derive : NoInherit{};

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示图：

五、只能创建一个对象

设计模式的概念：

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

单例模式有两种实现模式：

饿汉模式和懒汉模式

1、饿汉模式

当程序启动时就创建一个唯一的实例对象

示例代码：

class Singleton{public:    static Singleton& GetInstance()//获取实例地址    {        return _s;    }    vector<int> _v;//可以选择私有也可以选择公有private:    Singleton();//构造私有化，禁止随意构造    //delete拷贝构造和赋值函数，防拷贝赋值    Singleton(const Singleton& s) = delete;    Singleton& operator=(const Singleton& s) = delete;
    static Singleton _s;//在类里的变量都是声明，在cpp文件中进行定义};

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解释：

类里面的成员变量只是声明，而静态成员对象需要在类外进行定义，并且不能在.h 文件中定义，如果多个.cpp 文件包含该头文件，那么则会报重复定义的错误

效果：

优势：

实现简单

劣势：

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
对于多个单例类的如果具有依赖关系的话，则无法进行控制定义顺序（静态变量）

2、懒汉模式

懒汉模式则是需要的时候在第一次调用的时候进行创建

示例代码：

class Singleton{public:    //提供获取对象以及释放对象的静态方法    static Singleton& GetInstance()    {        //提高效率，避免多次锁住及解锁        if (_s == nullptr)        {            //保证线程安全            _m.lock();//锁住            if (_s == nullptr)            {                _s = new Singleton;            }            _m.unlock();//解锁        }        return *_s;    }    static void DelInstance()    {        //提高效率，避免多次锁住及解锁        if (_s != nullptr)        {            //保证线程安全            _m.lock();//锁住            if (_s != nullptr)            {                delete _s;                _s = nullptr;            }            _m.unlock();//解锁        }    }    vector<int> _v;private:    Singleton() {};//要有函数体，否则只是声明，当new的时候找不到对应的实体    Singleton(const Singleton& s) = delete;    Singleton& operator=(const Singleton& s) = delete;    static Singleton* _s;//储存实例对象地址    static mutex _m;//互斥锁};

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解释：

对于懒汉模式需要注意的是要保证线程安全，当多个进行调用 GetInstance()/DelInstance()时，可能多次进行 new 和 delete，可能造成数据的丢失

效果：

优势：

无启动负载；可以自由控制多个单例类的定义顺序

劣势：

实现复杂

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原文链接:【http://xie.infoq.cn/article/77f22b6f0fe90639dc451faf7】。文章转载请联系作者。

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零、前言

一、不能被拷贝

二、只能在堆上创建对象

三、只能在栈上创建对象

四、不能被继承的类

五、只能创建一个对象

1、饿汉模式

2、懒汉模式

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