C++进阶 — 特殊类设计
目录
1. 设计一个不能被拷贝的类
2. 设计一个只能在堆上创建对象的类
3. 设计一个只能在栈上创建对象的类
4. 设计一个不能被继承的类
5. 设计一个只能创建一个对象的类(单例模式)
单例模式
饿汉模式
懒汉模式
1. 设计一个不能被拷贝的类
拷贝只会出现在两个场景中：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。
在C++98中只声明拷贝构造和赋值重载，不实现，且把这两个成员函数设为私有即可。设置私有后类外面就调用不到了，有了声明，编译器就不会默认生成了。
class CopyBan
{
// ...
private:
CopyBan(const CopyBan&);
CopyBan& operator=(const CopyBan&);
//...
};在C++11中扩展了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. 设计一个只能在堆上创建对象的类
先将类的构造函数私有，拷贝构造声明成私有。防止别人调用拷贝构造在栈上生成对象。再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* createOBJ()
{
return new HeapOnly;
}
private:
HeapOnly()
{}
HeapOnly(const HeapOnly&) = delete;
};
还可以将析构函数设为私有。释放空间时通过类内的接口去释放即可。
3. 设计一个只能在栈上创建对象的类
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，这里需要注意，不能完全禁止在其他的地方创建对象。
4. 设计一个不能被继承的类
C++98中将基类的构造私有化，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中final关键字，final修饰类，表示该类不能被继承。
class A final
{
// ....
};5. 设计一个只能创建一个对象的类(单例模式)
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。
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。
比如迭代器模式，配接器(适配器)模式，单例模式，工厂模式，观察者模式等。这些都是设计模式。
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
程序启动时(在main函数之前)就创建一个唯一的实例对象。
class Singleton
{
public:
static Singleton& create()
{
return _sins;
}
void Insert(string s, int money)
{
//_info.insert(make_pair(s, money));
_info[s] = money;
}
void Print()
{
for (const auto& kv : _info)
{
cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;
}
cout << endl;
}
private:
Singleton()
{}
Singleton(const Singleton&) = delete;
Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
private:
map _info;
static Singleton _sins;
};
Singleton Singleton::_sins;//初始化 可以看到确实是只有一个对象的，无法拷贝和赋值。
优点：1.简单2.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。
缺点：1.单例对象初始化时数据太多，导致启动慢；
2.多个单例类初始化有依赖关系，饿汉模式无法控制。因为多个单例类对象实例启动顺序是不确定的。
懒汉模式
对象在main函数之后才会创建，不会影响启动顺序，也可以主动控制创建顺序。
//template
//class lockGuard //智能指针->自动加锁，解锁 RAII方式
//{
//public:
// lockGuard(lock& lk)
// :_lk(lk)
// {
// _lk.lock();
// }
// ~lockGuard()
// {
// _lk.unlock();
// }
//private:
// lock& _lk;
//};
//懒汉模式
class Singleton
{
public:
//static Singleton& create()
//{
// //第一次获取单列对象的时候创建对象
// //双检查加锁
// if (_psins == nullptr)//对象new出来以后，避免每次都加锁检查，提高性能
// {
// _mtx.lock();
// if (_psins == nullptr)//保证线程安全且只new一次
// {
// _psins = new Singleton; //如果new抛异常，就没有解锁
// }
// _mtx.unlock();
// }
// return *_psins;
//}
static Singleton& create()
{
//第一次获取单列对象的时候创建对象
//双检查加锁
if (_psins == nullptr)//对象new出来以后，避免每次都加锁检查，提高性能
{
//lockGuard mtx(_mtx); //自己实现的
std::lock_guard mtx(_mtx);//库里提供的
if (_psins == nullptr)//保证线程安全且只new一次
{
_psins = new Singleton;
}
}
return *_psins;
}
//插入
void Insert(string s, int money)
{
//_info.insert(make_pair(s, money));
_info[s] = money;
}
void Print()
{
for (const auto& kv : _info)
{
cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;
}
cout << endl;
}
//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
static void DelInstance()
{
//保存数据到文件
//...
std::lock_guard lock(_mtx);
if (_psins)
{
delete _psins;
_psins = nullptr;
}
}
//自动回收
class GC
{
public:
~GC()
{
if (_psins)//如果你没有显示的释放，我就帮你回收
{
cout << "~GC()" << endl;
DelInstance(); //内部类是外部类的友元，可以直接调用
}
}
};
private:
Singleton()
{}
Singleton(const Singleton&) = delete;
Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
private:
map _info;
static Singleton* _psins;
static mutex _mtx;
static GC _gc;
};
Singleton* Singleton::_psins = nullptr;//初始化
mutex Singleton::_mtx;
Singleton::GC Singleton::_gc; 
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，需要注意很多问题。
完整代码：特殊类/特殊类/test.cpp · 晚风不及你的笑/作业库 - 码云 - 开源中国 (gitee.com)
拓展：
//懒汉模式
class Singleton
{
public:
static Singleton& create()
{
static Singleton sins; //只会创建一次
return sins;
}
//插入
void Insert(string s, int money)
{
//_info.insert(make_pair(s, money));
_info[s] = money;
}
void Print()
{
for (const auto& kv : _info)
{
cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;
}
cout << endl;
}
private:
Singleton()
{
cout << "Singleton()" << endl;
}
Singleton(const Singleton&) = delete;
Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
private:
map _info;
}; 
这个也是懒汉模式，因为静态的局部变量是在main函数之后才创建初始化的。
在C++11之前是不能保证sins的初始化是线程安全的，在C++11之后是可以保证的。因为C++11之前并没有对这一块进行规定，每个编译器实现是不同的，C++11之后规定，静态的局部变量必须是线程安全的。网上有很多这方面的说明，可以自己去查一查。