C++ 特殊的类设计

 目录

1.请设计一个类,不能被拷贝

2. 请设计一个类,只能在堆上创建对象

3. 请设计一个类,只能在栈上创建对象

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)


1.请设计一个类,不能被拷贝

        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

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&);

   //...

};

原因:

1. 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

2. 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

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

{

   // ...

   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。

2. 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

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;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++ 11HeapOnly(const HeapOnly &)=delete;
};int main()
{system("pause");return 0;
}

3. 请设计一个类,只能在栈上创建对象

        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

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;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 HeapOnly(const HeapOnly &)=delete;
};class StackOnly{public:static StackOnly CreateObj(){return StackOnly();}// 禁用掉operator new 可以把new 调用拷贝申请对象给禁掉
//  void 是C++中的一种特殊类型,表示一个指向未知类型的指针。它可以用来表示任意类型的指针,因为在C++中,所有的指针类型都可以隐式地转换为void类型。
// void *通常用于在不确定指针类型的情况下进行内存分配和传递。
// 在你提到的代码中,void * operator new(size_t size) = delete;
// 是一个重载的new操作符函数,它的作用是禁止使用该函数进行内存分配。通过将其定义为delete,可以阻止使用该操作符进行内存分配,从而达到限制内存分配的目的。
// 需要注意的是,void *类型的指针在使用时需要进行类型转换才能使用,因为它没有指定具体的类型。在使用void *指针时,需要谨慎处理类型转换,以避免出现错误void *operator new(size_t size)=delete;void operator delete(void *p)=delete;private:StackOnly():_a(0){}int _a;};int main()
{void * a=new int(2);cout<<a<<endl;system("pause");return 0;
}

4. 请设计一个类,不能被继承

        C++98方式

#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>
using namespace std;class NonInherit{
// 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public:static NonInherit GetInstance(){return NonInherit();}private:NonInherit(){}};int main()
{system("pause");
return 0;
}

C++11方法 final关键字,fifinal修饰类,表示该类不能被继承。

        

#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>
using namespace std;class NonInherit{
// 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public:static NonInherit GetInstance(){return NonInherit();}private:NonInherit(){}};class A final{};int main()
{system("pause");
return 0;
}

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。

// 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。

#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>
using namespace std;class Singleton{public:static Singleton *GetInstance(){return &m_instance;}private:Singleton(){}//c++ 98 防止拷贝// Singleton(Singleton const &);// Singleton& operator=(Singleton const &);//c++ 11 防止拷贝Singleton(Singleton const &)=delete;Singleton& operator=(Singleton const &)=delete;static Singleton m_instance;};Singleton Singleton::m_instance;//在程序入口之前就完成初始化int main()
{system("pause");
return 0;
}

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.

        

  • 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.

// 懒汉

// 优点:第一次使用实例对象时,创建对象。进程启动无负载。多个单例实例启动顺序自由控制。

// 缺点:复杂

#include<iostream>
#include<vector>
#include<mutex>
#include<thread>
#include<algorithm>
using namespace std;//饿汉式// class Singleton{//     public:
//         static Singleton *GetInstance(){
//             return &m_instance;
//         }//     private:
//         Singleton(){}//         //c++ 98 防止拷贝
//         // Singleton(Singleton const &);
//         // Singleton& operator=(Singleton const &);//         //c++ 11 防止拷贝
//         Singleton(Singleton const &)=delete;
//         Singleton& operator=(Singleton const &)=delete;//         static Singleton m_instance;// };// Singleton Singleton::GetInstance();//在程序入口之前就完成初始化//懒汉式
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;}//实现一个内嵌的垃圾回收类class CGarbo{public:~CGarbo(){if(Singleton::m_pInstance){delete Singleton::m_pInstance;}}};static CGarbo Garbo;private://构造函数私有Singleton(){}//防止拷贝Singleton(Singleton const &)=delete;Singleton &operator=( Singleton const&)=delete;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;int main()
{thread t1([]{cout<<(Singleton::GetInstance())<<endl;});
thread t2([]{cout<<(Singleton::GetInstance())<<endl;});t1.join();
t2.join();cout<<(Singleton::GetInstance())<<endl;
cout<<(Singleton::GetInstance())<<endl;system("pause");
return 0;
}

运行结果:

 

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