特殊类设计
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前言
设计一个类，不能被拷贝
设计一个类，只能在堆上创建对象
设计一个类，只能在栈上创建对象
设计一个类，不能被继承
设计一个类，只能创建一个对象(单例模式)
单例模式
（1）饿汉模式
（2）懒汉模式
总结
前言
小伙伴们大家好，本文主要介绍一些常见特殊类的设计方式，希望能给大家带来帮助。
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：
实现方法：将拷贝构造函数和赋值运算符都设为私有即可满足要求。这里只需声明无需定义，因为该函数根本不会调用，定义了也没有意义。
class CopyBan
{
// ...
private:
CopyBan(const CopyBan& x);
CopyBan& operator=(const CopyBan& x);
//...
};c++11：
实现方法：c++11新增加了delete的用法，除了用来释放new申请的空间外，还可以用来禁用类中的函数，在后面加上=delete即可。
class CopyBan
{
// ...
CopyBan(const CopyBan& x)=delete;
CopyBan& operator=(const CopyBan& x)=delete;
//...
};设计一个类，只能在堆上创建对象
- 将类的构造函数私有，为了防止居心叵测者用拷贝构造搞事，我们要把拷贝构造也声明的私有。
- 创建一个静态成员函数，在静态成员函数里面去创建对象，而且指定在堆中创建。这里一定要用静态成员函数，不然没有对象调不出来，就变成了先有鸡还是先有蛋的问题。
class HeapOnly
{
public:
static HeapOnly* create()
{
return new HeapOnly();
}
private:
HeapOnly()
{
//
}
HeapOnly(const HeapOnly& x);
};设计一个类，只能在栈上创建对象
c++ 98：
实现方法：在类中重载new和delete，并设为私有化，编译器会优先调用类中的new和delete。
class StackOnly
{
public:
StackOnly() {}
private:
void* operator new(size_t size);
void operator delete(void* p);
};c++11：
实现方法：直接使用delete禁掉重载后的new和delete
class StackOnly
{
public:
StackOnly() {}
void* operator new(size_t size) = delete;
void operator delete(void* p) = delete;
};设计一个类，不能被继承
c++98：
实现方法：将类的构造函数私有化，派生类调不到基类的构造函数，无法创建对象。这种操作其实并不彻底，派生类在定义类时依旧可以进行继承操作，只有在创建对象时才会报错。
class NonInherit
{
public:
static NonInherit GetInstance()
{
return NonInherit();
}
private:
NonInherit()
{}
};c++11：
实现方法: final关键字，final修饰类，表示该类不能被继承。该操作会让类彻底不能继承。
class A final
{
// ....
};
//class C : A 会报错
//{};设计一个类，只能创建一个对象(单例模式)
设计模式是一套被反复使用、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，这种模式叫做单例模式。该模式保证了系统中该类只有一个实例，并提供一个全局接口，该实例被所有程序模块共享。单例模式有两种实现模式。
（1）饿汉模式
饿汉模式，顾名思义，这个模式处于一个非常饥饿的状态。表现形式就是不管将来用的到用不到，程序启动时就要创建一个唯一的实例对象。
优点和缺点：
- 优点：非常简单
- 缺点：在类的构造函数中需要完成大量任务时会导致程序启动很慢，比如登陆qq时需要等好久，一直卡在登陆页面，让人分分钟有砸键盘的冲动。而且多个单例类一般处在不同的文件，实例化顺序不确定。
下面我们来学习饿汉模式是怎样实现的。单例模式最重要的就是要保证一个类只能创建一个对象，所以首先我们要把他的构造函数，拷贝，赋值等操作都封起来都私有化。然后设置一个静态变量指针，利用静态变量在类外初始化并且所有对象共享静态变量这一特性，我们可以利用静态变量new一个对象出来，并保存这个对象的地址。由于静态变量是私有成员，除初始化外不能在类外被访问，所以不会被更改，保证了对象的唯一性。具体代码如下：
class Singleton
{
public:
static Singleton* get_instance()
{
return _inst;
}
private:
Singleton()
{}
Singleton(const Singleton& x);
Singleton& operator=(Singleton& x);
static Singleton* _inst;
};
Singleton* Singleton::_inst = new Singleton();//在函数入口前就完成初始化
int main()
{
cout << Singleton::get_instance()<<endl;
cout << Singleton::get_instance() << endl;
cout << Singleton::get_instance() << endl;
const int a = 10;
}（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。
优点和缺点：
- 优点：实例对象时进程无负载，可以快速启动，而且可以自由控制单例实例的启动顺序。
- 缺点：复杂，需要加锁来保证安全
懒汉模式和饿汉模式的最大区别就是需要的时候才会创建单例对象，所以我们把创建单例对象的步骤写在接口内部。要注意的是，饿汉模式是在函数入口内部就已经初始化好了单例对象，并不会受到多线程的影响，而懒汉模式在函数入口进行创建对象，在创建对象过程中必须加锁保护。
在加锁时采用的是双检查模式，这种模式是非常巧妙的，如果取消最外层的检查，只保留一层检查，看上去似乎也能完成任务，但实际会大大影响效率。因为单例对象只会被创建一次，也就是说这把锁只需要被用到一次以后就没有任何意义了，在只有一层检查的情况下，_inst指针不为空后进程跑到这里依旧会去申请锁，没有申请到锁的进程就需要挂起等待，严重影响了效率。所以需要在外面再加一层检查，如果指针已经不为空了进程根本不会再去申请锁。
class Singleton
{
public:
static Singleton* GetInstance()
{
// 保护第一次需要加锁，后面都不需要加锁的场景，可以使用双检查加锁
// 特点：第一次加锁，后面不加锁，保护线程安全，同时提高了效率
if (_inst == nullptr)
{
_mtx.lock();
if (_inst == nullptr)
{
_inst = new Singleton;
}
_mtx.unlock();
}
return _inst;
}
private:
Singleton()
{
// 假设单例类构造函数中，要做很多配置初始化
}
~Singleton()
{
// 程序结束时，需要处理一下，持久化保存一些数据
}
Singleton(const Singleton&) = delete;
Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
// 实现一个内嵌垃圾回收类
class CGarbo {
public:
~CGarbo()
{
if (_inst)
{
delete _inst;
_inst = nullptr;
}
}
};
static Singleton* _inst;
static std::mutex _mtx;
static CGarbo _gc; //定义一个静态变量，程序结束后会自动调用它的析构函数从而释放单例对象
};总结
今天的内容就到这里了，本文主要简单介绍了一些特殊类的设计方法，希望能给大家带来帮助。江湖路远，来日方长，我们下次见。