C++进阶-特殊类设计

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;
	//...
};

总结：

1. 不能拷贝主要看的是拷贝构造和赋值重载，所以，要将他们禁用掉，不能在类外被使用就可以。
2. 设为私有，或者直接delete禁止。

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

class HeapOnly
{
public:
	// 静态成员函数，不属于类，可以直接返回堆上的对象
	static HeapOnly* CreateObject()
	{
		return new HeapOnly;
	}

	// C++11
	HeapOnly(const HeapOnly&) = delete;
	HeapOnly& operator=(const HeapOnly&) = delete;
private:
	HeapOnly()
	{}
};

// 测试用例
int main()
{
	// 防止在栈上直接创建对象
	/*HeapOnly obj1;
	static HeapOnly obj2;
	HeapOnly* obj3 = new HeapOnly;*/

	HeapOnly* obj4 = HeapOnly::CreateObject();

	// 防止拷贝构造栈上的对象
	/*HeapOnly obj5(*obj4);*/

	return 0;
}

另一种实现方式,可以直接将析构函数私有化

class HeapOnly
{
public:
	void Release()
	{
		delete this;
	}
private:
	// 析构私有化
	~HeapOnly()
	{}
};

int main()
{

	/*HeapOnly obj1;
	static HeapOnly obj2;*/
	
	HeapOnly* obj3 = new HeapOnly;
	
	//delete obj3;
	obj3->Release();

	return 0;
}

注意：

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

class StackOnly
{
public:
	static StackOnly CreateObj()
	{
		return StackOnly();// 返回匿名对象，调用构造函数
	}

	// 禁掉operator new可以把下面用new 调用拷贝构造申请对象给禁掉
	// 使之不能开辟堆内空间new对象
	// 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 obj = StackOnly::CreateObj();

	//StackOnly* ptr3 = new StackOnly(obj);

	return 0;
}

总结：

1. 构造函数私有化，使之不能直接在类外直接构造对象
2. 禁掉operator new和operator delete使之不能重载堆上创建对象和释放对象

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。

// 饿汉模式 : 一开始就(main函数之前)就创建对象
// 问题1：很多单例类，都是饿汉模式，有些单例对象初始化资源很多，导致程序启动慢，迟迟进不了main函数
// 如果两个单例类有初始化依赖关系，饿汉也无法解决。比如A类和B类是单例，A单例要连接数据库，B单例要用A单例访问数据库
class ConfigInfo
{
public:
	static ConfigInfo* GetInstance()
	{
		return &_sInfo;
	}

	string GetIp()
	{
		return _ip;
	}

	void SetIp(const string& ip)
	{
		_ip = ip;
	}

private:
	ConfigInfo()
	{
		cout << "ConfigInfo()" << endl;
	}

	ConfigInfo(const ConfigInfo&) = delete;
	ConfigInfo& operator=(const ConfigInfo&) = delete;
private:
	string _ip = "127.0.0.1";
	int _port = 80;
	//...

	// 声明 
	static ConfigInfo _sInfo;
};

// 定义
ConfigInfo ConfigInfo::_sInfo;
int main()
{
	cout << ConfigInfo::GetInstance() << endl;
	cout << ConfigInfo::GetInstance() << endl;
	cout << ConfigInfo::GetInstance() << endl;

	ConfigInfo::GetInstance()->SetIp("192.33.3.22");

	cout << ConfigInfo::GetInstance()->GetIp() << endl;

	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。
饿汉会导致启动慢，因为main函数之前会创建对象。
指针可以在main函数之前初始化。

• 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：第一次调用GetInstance时创建单例对象
// 懒汉完美解决上面饿汉的问题
class ConfigInfo
{
public:
	static ConfigInfo* GetInstance()
	{
		// C++11之前，多线程调用GetInstance
		// 局部静态单例对象构造初始化，无法保证线程安全
		// 也就是说，这种写法C++11之后才能用
		static ConfigInfo info;

		return &info;
	}

	string GetIp()
	{
		return _ip;
	}

	void SetIp(const string& ip)
	{
		_ip = ip;
	}

private:
	ConfigInfo()
	{
		cout << "ConfigInfo()" << endl;
	}

	ConfigInfo(const ConfigInfo&) = delete;
	ConfigInfo& operator=(const ConfigInfo&) = delete;
private:
	string _ip = "127.0.0.1";
	int _port = 80;
	//...
};

int main()
{
	cout << ConfigInfo::GetInstance() << endl;
	cout << ConfigInfo::GetInstance() << endl;
	cout << ConfigInfo::GetInstance() << endl;

	ConfigInfo::GetInstance()->SetIp("192.33.3.22");

	cout << ConfigInfo::GetInstance()->GetIp() << endl;

	return 0;
}