C++----特殊类的设计

时间：2024-11-20 18:02:22

文章目录

  • 特殊类的设计
    • 设计一个类不能被拷贝
    • 设计一个类，只能在堆上创建对象
    • 设计一个类，只能在栈上创建对象
    • 设计一个类，不能被继承
    • 设计一个类，只能创建一个对象（单例模式）
      • 设计模式
      • 单例模式
        • 概念
        • 单例模式的实现

特殊类的设计

设计一个类不能被拷贝

IO流也是不允许拷贝的

  • 思路
    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。

  • 实现：分为C++11之前和C++11以及C++11之后

    • 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。

      class CopyBan
{
    // ...
private:
 	CopyBan(const CopyBan&);
	CopyBan& operator=(const CopyBan&);
    //...
};

      • 设计为私有的原因：如果不设计为私有，那么用户可以在类外对这个构造函数和析构函数进行定义，这样的话就又能拷贝了。为了防止这种情况才设计为私有。 赋值重载设置为私有的原因也是如此
        设计为公有导致在类外定义构造函数，使得又能被拷贝的场景

        class ListNode
{
public:
	ListNode(const ListNode& node);
	ListNode() = default;
private:
	string _s;
};

ListNode::ListNode(const ListNode& node)
{
	_s = node._s;
	cout << _s << endl;
}

int main()
{
	ListNode node;
	ListNode copenode(node);
}

      • 只声明不定义的原因：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

    • 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。*
        delete后，就删除掉了该默认成员函数，在public中删除，还是在private中删除都是可以的。类外无法去定义该函数，因为该函数被删除了

      • 样例

        class ListNode
{
public:
	ListNode(const ListNode& node) = delete;
	ListNode() = default;
private:
	string _s;
};

//ListNode::ListNode(const ListNode& node)
//{
//	_s = node._s;
//	cout << _s << endl;
//}

int main()
{
	ListNode node;
	//ListNode copenode(node);
}

设计一个类，只能在堆上创建对象

  • 思路1
    **将类的构造函数私有，拷贝构造声明成私有/删除拷贝构造。**防止别人调用拷贝在栈上生成对象。 然后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

    • 样例

      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;
};

int main()
{	
    HeapOnly* p1 = HeapOnly::GreatObj();
    //HeapOnly p2(*p1); 上面防拷贝是为了应对这种情况。
}

      1

  • 思路2：析构函数私有化，然后提供一个 销毁new出来对象的函数Destroy

    class HeapOnly
{
public:
	void Destroy()
	{
		delete this;
	}
private:
    ~HeapOnly()
    {}
};

int main()
{	
    HeapOnly* p1 = HeapOnly::GreatObj();
    //HeapOnly p2(*p1); 上面不用封拷贝构造的原因是 析构函数被封了，p2创建不出来
}

设计一个类，只能在栈上创建对象

  • **关于operator new 与 operator delete：**当一个类重载了 关键字new后，那么new 这个对象的时候，是调用这个operator new 来创建对象。

  • 思路1
    将构造函数私有化，然后设计静态方法创建对象返回即可。并且把 operator new 给delete。

    • 样例

      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;
};

int main()
{
    // StackOnly* p1 = new StackOnly; 是调不动的
    StackOnly p2 = StackOnly::CreateObj();
    StackOnly p3(p2);
}

    • 缺陷：该方法无法给封住静态成员，而静态成员在静态区。

  • 思路2
    把构造函数，拷贝构造封死。提供移动构造

    • 样例

      class StackOnly
{
public:
	static StackOnly CreateObj()
	{
		return StackOnly();
	}
    StackOnly(StackOnly&& sty)
    {}
    
    StackOnly(const StackOnly& cop) = delete;
private:
	StackOnly()
		:_a(0)
	{}
private:
	int _a;
};

int main()
{
    // StackOnly* p1 = new StackOnly; 是调不动的
    //StackOnly p3(p2);
    
    StackOnly p2 = StackOnly::CreateObj();
    
    //缺陷
    static StackOnly p3(move(p2));
    StackOnly p4 = new StackOnly(move(p2));
}

    • 缺陷：当原对象被move后，可以把对象创建到堆上，也可以创建到栈上

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。

    // 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
    通过final关键字修饰类

    class A final
{
    //...
};

    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。

    单例模式

    概念

    **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。

单例模式的实现

单例模式的实现有两种方式：饿汉模式，懒汉模式

  • 饿汉模式

    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，那么使用饿汉模式来避 免资源竞争，提高响应速度更好。

    • 概念：无论将来用不用，程序启动时就创建一个唯一的实例对象。

    • 思路
      将析构函数设为私有，此举防止了直接构造出对象
      在类域中声明 该类的静态对象。注意：这也是此后该类实例化的唯一一个成员
      防拷贝。这是为了防止 通过该类的静态对象拷贝构造出新的对象
      注意：静态变量是在进入main函数前就被创建的

    • 代码实现样例

      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;
    
    //这里的m_instance不是Singleton的成员，而是声明静态变量m_instance，并将其限制到类域中
	static Singleton m_instance;
};
Singleton Singleton::m_instance;

    • 缺点

      1. 多个饿汉模式的单例，某个对象初始化内容较多(读文件)，会导致程序慢
      2. 如果A和B两个饿汉对象初始化存在依赖关系，要求A先初始化，B再初始化，饿汉无法保证

  • 懒汉模式

    懒汉模式是在第一次使用实例对象的时候创建对象

    • 概念：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。

    • 思路：在饿汉模式的基础上，将声明的静态对象改为静态对象指针，静态对象指针定义为nullptr，并且在调用时当静态对象指针为nullptr时对其实例化，后续不再实例化

    • 代码实现样例

      //懒汉模式
class InfoMgr
{
public:
    
    //C++11前
	static InfoMgr& GetInstance()
	{
		// 第一次调用时创建单例对象
		// 线程安全的风险
		if (_pins == nullptr)
		{
			_pins = new InfoMgr;
		}

		return *_pins;
	}

	void Print()
	{
		cout << _ip << endl;
		cout << _port << endl;
		cout << _buffSize << endl;
	}

	static void DelInstance()
	{
		delete _pins;
		_pins = nullptr;
	}

private:
	InfoMgr(const InfoMgr&) = delete;
	InfoMgr& operator=(const InfoMgr&) = delete;

	InfoMgr()
	{
		cout << "InfoMgr()" << endl;
	}
private:
	string _ip = "127.0.0.1";
	int _port = 80;
	size_t _buffSize = 1024 * 1024;
	//...

	static InfoMgr* _pins;
};

InfoMgr* InfoMgr::_pins = nullptr;

    • 缺点：有线程安全的风险

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