【C++航海王：追寻罗杰的编程之路】特殊类的设计方式你知道哪些？

枫叶丹

发布于 2024-06-04 12:33:19

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发布于 2024-06-04 12:33:19

文章被收录于专栏：C++C++

1 -> 不能被拷贝的类

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。

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
{
public:
	CopyBan()
	{}

private:
	//拷贝构造函数声明
	CopyBan(const CopyBan& cb);

	//赋值运算符重载声明
	CopyBan& operator=(const CopyBan& cb);
};

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，定义了其实没有什么意义，不写反而简单，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。

class CopyBan
{
public:
	CopyBan()
	{}

private:
	//拷贝构造函数声明
	CopyBan(const CopyBan& cb) = delete;

	//赋值运算符重载声明
	CopyBan& operator=(const CopyBan& cb) = delete;
};

2 -> 只能在堆上创建对象的类

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。

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&);

	// C++11    
	HeapOnly(const HeapOnly&) = delete;
};

3 -> 只能在栈上创建对象的类

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。

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 -> 不能被继承的类

C++98

// 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()
	{}
};

//派生类
class B : public NonInherit
{};

C++11

final关键字，final修饰类，表示该类不能被继承。

class NonInherit final
{}

5 -> 只能创建一个对象的类(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

class Singleton
{
public:
	//获取单例对象接口
	static Singleton* GetInstance()
	{
		return &m_instance;
	}

private:
	Singleton()
	{}

	//禁止使用拷贝构造
	Singleton(const Singleton& s) = delete;

	//禁止使用赋值运算符重载
	Singleton& operator=(const Singleton& s) = delete;

	//保证单例对象在静态区且只有一个
	static Singleton m_instance;//单例对象
};

//在程序入口之前就完成单例对象初始化
Singleton Singleton::m_instance;

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。

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。

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。

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;

优点：