C++特殊类设计
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。
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&);
//...
};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
方法1：
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
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;
};方法2：将析构函数和拷贝构造函数设置为私有
class HeapOnly
{
public:
HeapOnly()
{}
void Destroy()
{
this->~HeapOnly();
}
private:
~HeapOnly(){}
HeapOnly(const HeapOnly&) = delete;
};
int main()
{
//HeapOnly hp1;
HeapOnly* php = new HeapOnly;
php->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。
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 st = StackOnly::CreateObj();
//无法禁掉在静态区上创建的对象
static StackOnly st1 = StackOnly::CreateObj();
return 0;
}4. 请设计一个类，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
class NonInherit
{
public:
static NonInherit GetInstance()
{
return NonInherit();
}
private:
NonInherit()
{}
};C++11方法
final关键字，final修饰类，表示该类不能被继承。
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。
// 单例模式的类：全局只有一个唯一对象
// 饿汉模式：一开始(main函数之前)就创建对象
// 缺点：1、单例对象初始化时数据太多，导致启动慢
// 2、多个单例类有初始化依赖关系，饿汉模式无法控制
class Singleton
{
public:
static Singleton& GetInstance()
{
return m_instance;
}
void Print()
{
cout << "Singleton Print()" << endl;
}
private:
// 构造函数私有
Singleton() {};
// C++98 防拷贝
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单例对象的初始化
int main()
{
Singleton::GetInstance().Print();
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
实现方式1：
// 懒汉模式：第一次获取单例对象的时候创建对象
// 1、对象在main函数之后才会创建，不会影响启动顺序
// 2、可以主动控制创建顺序
class InfoSingleton
{
public:
// 多个线程一起调用GetInstance，存在线程安全的风险,
//static InfoSingleton& GetInstance()
//{
// // 第一次获取单例对象的时候创建对象
// // 双检查加锁
// if (_psins == nullptr) // 对象new出来以后，避免每次都加锁的检查，提高性能
// {
// // t1 t2
// _smtx.lock();
//try-catch解决方式不太好，可以用RAII管理锁
// try
// {
// if (_psins == nullptr) // 保证线程安全且只new一次
// {
// _psins = new InfoSingleton;
// }
// }
// catch (...)
// {
// _smtx.unlock();
// throw;
// }
// _smtx.unlock();
// }
// return *_psins;
//}
static InfoSingleton& GetInstance()
{
// 第一次获取单例对象的时候创建对象
// 双检查加锁
if (_psins == nullptr) // 对象new出来以后，避免每次都加锁的检查，提高性能
{
// t1 t2
// 可以使用自己模拟实现的
//LockGuard lock(_smtx);
//也可以使用库中的
std::lock_guard lock(_smtx);
if (_psins == nullptr) // 保证线程安全且只new一次
{
_psins = new InfoSingleton;
}
}
return *_psins;
}
// 一般单例对象不需要考虑释放
// 单例对象不用时，必须手动处理，一些资源需要保存
// 可以手动调用主动回收
// 也可以让他自己在程序结束时，自动回收
static void DelInstance()
{
// 保存数据到文件
// ...
std::lock_guard lock(_smtx);
if (_psins)
{
delete _psins;
_psins = nullptr;
}
}
// 也可以让他自己在程序结束时，自动回收
class GC
{
public:
~GC()
{
if (_psins)
{
cout << "~GC()" << endl;
DelInstance();
}
}
};
void Insert(string name, int salary)
{
_info[name] = salary;
}
void Print()
{
for (auto kv : _info)
{
cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;
}
cout << endl;
}
private:
InfoSingleton()
{}
InfoSingleton(const InfoSingleton& info) = delete;
InfoSingleton& operator=(const InfoSingleton& info) = delete;
map _info;
// ...
private:
static InfoSingleton* _psins;
static mutex _smtx;
static GC _gc;
};
InfoSingleton* InfoSingleton::_psins = nullptr;
mutex InfoSingleton::_smtx;
InfoSingleton::GC InfoSingleton::_gc;
int main()
{
InfoSingleton::GetInstance().Insert("张三", 10000);
InfoSingleton& infosl = InfoSingleton::GetInstance();
infosl.Insert("李四", 15000);
infosl.Insert("赵六", 12000);
infosl.Insert("王五", 8000);
infosl.Print();
InfoSingleton::GetInstance().Insert("张三", 13000);
InfoSingleton::GetInstance().Print();
infosl.Print();
//InfoSingleton::DelInstance();
return 0;
} 实现方式2：
//1、是懒汉。 因为静态的局部变量是在main函数之后才创建初始化的
//2、C++11之前，这里是不能保证sinst的初始化是线程安全的。
//3、C++11之后，可以。
class InfoSingleton
{
public:
static InfoSingleton& GetInstance()
{
static InfoSingleton sinst;
return sinst;
}
void Insert(string name, int salary)
{
_info[name] = salary;
}
void Print()
{
for (auto kv : _info)
{
cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;
}
cout << endl;
}
private:
InfoSingleton()
{
cout << "InfoSingleton()" << endl;
}
InfoSingleton(const InfoSingleton& info) = delete;
InfoSingleton& operator=(const InfoSingleton& info) = delete;
map _info;
// ...
};
int main()
{
InfoSingleton::GetInstance().Insert("张三", 10000);
InfoSingleton& infosl = InfoSingleton::GetInstance();
infosl.Insert("李四", 15000);
infosl.Insert("赵六", 12000);
infosl.Insert("王五", 8000);
infosl.Print();
InfoSingleton::GetInstance().Insert("张三", 13000);
InfoSingleton::GetInstance().Print();
infosl.Print();
//InfoSingleton::DelInstance();
return 0;
}