【C++】特殊类的设计（只在堆、栈创建对象，单例对象）

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系列专栏： C++
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一、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

class HeapOnly
{
public:
	static HeapOnly* CreateObj()
	{
		return new HeapOnly;
	}
private:
	HeapOnly()
	{
		//...
	}

	HeapOnly(const HeapOnly& hp) = delete;
	HeapOnly& operator=(const HeapOnly& hp) = delete;
};

二、 请设计一个类，只能在栈上创建对象

实现方法：
1.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
2.禁用堆上的创建方式，new=operator new+构造函数
3.operator new 是系统提供的全局函数，new在底层调用operator new全局函数来申请空间

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);
	//  new==operator new + 构造
	//delete==析构+operator delete
	void* operator new(size_t size) = delete;
	void operator delete(void* p) = delete;
private:
	//构造函数私有化
	//拷贝构造函数不能私有化，因为我们上面CreateObj()返回，需要
	//用到拷贝构造函数
	StackOnly()
		:_a(0)
	{}
private:
	int _a;
};

三、 请设计一个类，不能被继承

1.方法一：

//  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()
 {}
};

2.方法二：

//final关键字，final修饰类，表示该类不能被继承。
class A  final
{
    // ....
};

四、请设计一个类，只能创建一个对象(单例模式)

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

1.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。

class Singleton
{
public:
	// 2、提供获取单例对象的接口函数
	static Singleton& GetInstance()
	{
		return _sinst;
	}

private:
	// 1、构造函数私有
	//构造函数私有也不能调用new了
	Singleton()
	{
		// ...
	}

	// 3、防拷贝
	Singleton(const Singleton& s) = delete;
	Singleton& operator=(const Singleton& s) = delete;

	static Singleton _sinst;
	//虽然为静态类型，但依然可以使用对应类里面的构造函数
};
Singleton Singleton::_sinst;// 在程序入口之前就完成单例对象的初始化

饿汉模式:一开始(main函数之前)就创建单例对象
1、如果单例对象初始化内容很多，影响启动速度
2、如果两个单例类，互相有依赖关系。
假设有A B两个单例类，要求A先创建，B再创建，B的初始化创建依赖A，但在main的外面没办法确定哪个类先被创建，可能会出现问题

2.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。

1.普通场景

class Singleton
	{
	public:
		// 2、提供获取单例对象的接口函数
		static Singleton& GetInstance()
		{
			if (_psinst == nullptr)
			{
				// 第一次调用GetInstance的时候创建单例对象
				_psinst = new Singleton;
			}

			return *_psinst;
		}

	private:
		// 1、构造函数私有
		Singleton()
		{
			// ...
		}

		~Singleton()
		{
		 
		}

		// 3、防拷贝
		Singleton(const Singleton& s) = delete;
		Singleton& operator=(const Singleton& s) = delete;

	 

		static Singleton* _psinst;
	 
	};
	Singleton* Singleton::_psinst = nullptr;

2.特殊场景

1、中途需要显示释放

static void DelInstance()
		{
			if (_psinst)
			{
				delete _psinst;
				_psinst = nullptr;
			}
			//自己写一个静态的函数，进行释放操作
		}

2.程序结束时，需要做一些特殊动作（如持久化）

方法：
1.我们把要写入的数据过程放到析构函数中
2.我们可以像智能指针那样使用，在类里面再定义一个类GC，让GC的析构函数专门用来管理Singleton的析构函数，然后创建GC的对象，因为GC不是指针类型为普通类型，程序结束的时候会自动调用其析构函数，这样也就完成了Singleton的析构函数

class GC
		{
		public:
			~GC()
			{
				 Singleton::DelInstance();
			}
		};
		 
	~Singleton()
		{
			cout << "~Singleton()" << endl;

			// map数据写到文件中
			FILE* fin = fopen("map.txt", "w");
			for (auto& e : _dict)
			{
				fputs(e.first.c_str(), fin);
				fputs(":", fin);
				fputs(e.second.c_str(), fin);
				fputs("\n", fin);
			}
		}

3.源码

class Singleton
	{
	public:
		// 2、提供获取单例对象的接口函数
		static Singleton& GetInstance()
		{
			if (_psinst == nullptr)
			{
				// 第一次调用GetInstance的时候创建单例对象
				_psinst = new Singleton;
			}

			return *_psinst;
		}

		// 一般单例不用释放。
		// 特殊场景：1、中途需要显示释放  2、程序结束时，需要做一些特殊动作（如持久化）
		static void DelInstance()
		{
			if (_psinst)
			{
				delete _psinst;
				_psinst = nullptr;
			}
		}

		 
		class GC
		{
		public:
			~GC()
			{
				 Singleton::DelInstance();
			}
		};

	private:
		// 1、构造函数私有
		Singleton()
		{
			// ...
		}

		~Singleton()
		{
			cout << "~Singleton()" << endl;

			// map数据写到文件中
			FILE* fin = fopen("map.txt", "w");
			for (auto& e : _dict)
			{
				fputs(e.first.c_str(), fin);
				fputs(":", fin);
				fputs(e.second.c_str(), fin);
				fputs("\n", fin);
			}
		}

		// 3、防拷贝
		Singleton(const Singleton& s) = delete;
		Singleton& operator=(const Singleton& s) = delete;

		map<string, string> _dict;
		// ...

		static Singleton* _psinst;
		static GC _gc;
	};

	Singleton* Singleton::_psinst = nullptr;
	Singleton::GC Singleton::_gc;
 
 


	class A {
	public:
		A() {
			cout << "gouzao" << endl;
		}
		~A() {
			cout << "析构函数" << endl;
		}
	};