【C++进阶之路】第九篇：特殊类设计

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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。

  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;
      //...
  };
  

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3.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* 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;
};

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3.请设计一个类，只能在栈上创建对象

• 方法：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;
  };
  

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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
  {
      // ....
  };
  

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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。

  // 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 
  #include 
  #include 
  
  using namespace std;
  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;
  	}
  
  	// 实现一个内嵌垃圾回收类    
  	class CGarbo {
  	public:
  		~CGarbo() {
  			if (Singleton::m_pInstance)
  				delete Singleton::m_pInstance;
  		}
  	};
  
  	// 定义一个静态成员变量，程序结束时，系统会自动调用它的析构函数从而释放单例对象
  	static CGarbo Garbo;
  
  private:
  	// 构造函数私有
  	Singleton() {};
  
  	// 防拷贝
  	Singleton(Singleton const&);
  	Singleton& operator=(Singleton const&);
  
  	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;
  
  	return 0;
  }