C++（进阶) 第12特殊类设计

C++（进阶) 第12特殊类设计

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前言

掌握常见特殊类的设计方式

一、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&); //构造
    CopyBan& operator=(const CopyBan&); // 赋值
    //...
};
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但是这里我觉得可读性有点差

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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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。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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三.、请设计一个类，只能在栈上创建对象

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()
	 {}
};
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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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五、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：

1.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
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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。

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。

// 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;
}
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