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C++ 特殊的类设计

news 来源：原创 2024/5/15 15:15:53

1.请设计一个类，不能被拷贝

2. 请设计一个类，只能在堆上创建对象

3. 请设计一个类，只能在栈上创建对象

4. 请设计一个类，不能被继承

5. 请设计一个类，只能创建一个对象(单例模式)

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。

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;

//...

};

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

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;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++ 11HeapOnly(const HeapOnly &)=delete;
};int main()
{system("pause");return 0;
}

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

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;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 HeapOnly(const HeapOnly &)=delete;
};class StackOnly{public:static StackOnly CreateObj(){return StackOnly();}// 禁用掉operator new 可以把new 调用拷贝申请对象给禁掉
//  void 是C++中的一种特殊类型，表示一个指向未知类型的指针。它可以用来表示任意类型的指针，因为在C++中，所有的指针类型都可以隐式地转换为void类型。
// void *通常用于在不确定指针类型的情况下进行内存分配和传递。
// 在你提到的代码中，void * operator new(size_t size) = delete;
// 是一个重载的new操作符函数，它的作用是禁止使用该函数进行内存分配。通过将其定义为delete，可以阻止使用该操作符进行内存分配，从而达到限制内存分配的目的。
// 需要注意的是，void *类型的指针在使用时需要进行类型转换才能使用，因为它没有指定具体的类型。在使用void *指针时，需要谨慎处理类型转换，以避免出现错误void *operator new(size_t size)=delete;void operator delete(void *p)=delete;private:StackOnly():_a(0){}int _a;};int main()
{void * a=new int(2);cout<<a<<endl;system("pause");return 0;
}

4. 请设计一个类，不能被继承

C++98方式

#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>
using namespace std;class NonInherit{
// 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public:static NonInherit GetInstance(){return NonInherit();}private:NonInherit(){}};int main()
{system("pause");
return 0;
}

C++11方法 final关键字，fifinal修饰类，表示该类不能被继承。

#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>
using namespace std;class NonInherit{
// 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public:static NonInherit GetInstance(){return NonInherit();}private:NonInherit(){}};class A final{};int main()
{system("pause");
return 0;
}

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。

#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>
using namespace std;class Singleton{public:static Singleton *GetInstance(){return &m_instance;}private:Singleton(){}//c++ 98 防止拷贝// Singleton(Singleton const &);// Singleton& operator=(Singleton const &);//c++ 11 防止拷贝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初始化int main()
{system("pause");
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.

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<iostream>
#include<vector>
#include<mutex>
#include<thread>
#include<algorithm>
using namespace std;//饿汉式// class Singleton{//     public:
//         static Singleton *GetInstance(){
//             return &m_instance;
//         }//     private:
//         Singleton(){}//         //c++ 98 防止拷贝
//         // Singleton(Singleton const &);
//         // Singleton& operator=(Singleton const &);//         //c++ 11 防止拷贝
//         Singleton(Singleton const &)=delete;
//         Singleton& operator=(Singleton const &)=delete;//         static Singleton m_instance;// };// Singleton Singleton::GetInstance();//在程序入口之前就完成初始化//懒汉式
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;}//实现一个内嵌的垃圾回收类class CGarbo{public:~CGarbo(){if(Singleton::m_pInstance){delete Singleton::m_pInstance;}}};static CGarbo Garbo;private://构造函数私有Singleton(){}//防止拷贝Singleton(Singleton const &)=delete;Singleton &operator=( Singleton const&)=delete;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;system("pause");
return 0;
}

运行结果：