C++---特殊类的设计

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前言

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正文开始!

一、请设计一个类,不能被拷贝

拷贝只会发生在两个场景中: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.

{//....private:CopyBan(const CopyBan&);CopyBan& operator=(const CopyBan&);//...
};

原因:

1. 设置称为私有: 如果只声明没有设置成private.用户自己如果在类外定义了,就可以进行拷贝了!
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扩展了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
{//....private:CopyBan(const CopyBan&)=delete;CopyBan& operator=(const CopyBan&) = delete;//...
};

经典防拷贝的类有:unique_ptr,thread,mutex,istream,ostream

二、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.放置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://构造函数私有HeapOnly(){}HeapOnly(const HeapOnly&) = delete;
};

三、请设计一个类,只能在栈上创建对象

• 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;
};

四、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
{//...
};

五、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)是一条被反复使用,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?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.后来孙子就总结出来了<<孙子兵法>>.孙子兵法就是类似.
使用设计模式的目的:为了代码可重用性,让带吗更容易被他人理解,保证代码的可靠性.设计模式使代码编写真正程序化;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在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:

• 懒汉模式
  就是说不管你将来用不用,程序启动是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 _instance;}
private:// 构造函数私有Singleton() {}; C++98 防拷贝//Singleton(Singleton const&);//Singleton& operator=(Singleton const&);// or// C++11Singleton(Singleton const&) = delete;Singleton& operator=(Singleton const&) = delete;static Singleton* _instance;
};Singleton* Singleton::_instance = new Singleton;

总结:

饿汉特点:简单一点、初始化顺序不确定,如果有依赖关系就会有问题.饿汉对象初始化慢且多个饿汉单例对象会影响程序启动.

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,那么显然使懒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 <mutex>
#include <thread>
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;
}

总结:

懒汉特点:复杂一点、初始化顺序可以控制,第一次调用时初始化,可以控制初始化顺序,延迟加载初始化,不影响程序启动.

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总结

本章完!