【C++】特殊类的设计

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)

单例模式有两种实现模式：

饿汉模式

懒汉模式

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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。

 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。

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

 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。

4. 请设计一个类，不能被继承

• C++98方式

• C++11方法 

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。
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;
	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

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。

#include
#include
class Singleton
{
public:
	static Singleton* GetInstance()
	{
		// 双检查加锁
		if (_ins == nullptr)  // 提高效率
		{
			_imtx.lock();

			if (_ins == nullptr)  // 线程安全
			{
				_ins = new Singleton;
			}

			_imtx.unlock();
		}

		return _ins;
	}

	// 一般全局都要使用单例对象，所以单例对象一般不需要显示释放
	// 有些特殊场景，想显示释放一下
	static void DelInstance()
	{
		_imtx.lock();
		if (_ins)
		{
			delete _ins;
			_ins = nullptr;
		}
		_imtx.unlock();
	}

	// 内部类：单例对象回收
	class GC
	{
	public:
		~GC()
		{
			DelInstance();
		}
	};

	static GC _gc;

	void Add(const string& str)
	{
		_vmtx.lock();

		_v.push_back(str);

		_vmtx.unlock();
	}

	void Print()
	{
		_vmtx.lock();

		for (auto& e : _v)
		{
			cout << e << endl;
		}
		cout << endl;

		_vmtx.unlock();
	}

	~Singleton()
	{
		// 持久化
		// 比如要求程序结束时，将数据写到文件，单例对象析构时持久化就比较好
	}

private:
	// 限制类外面随意创建对象
	Singleton()
	{}

	// 防拷贝
	Singleton(const Singleton& s) = delete;
	Singleton& operator=(const Singleton& s) = delete;

private:
	mutex _vmtx;
	vector _v;

	static Singleton* _ins;
	static mutex _imtx;
};

Singleton* Singleton::_ins = nullptr;
mutex Singleton::_imtx;

Singleton::GC Singleton::_gc;