C++ 特殊类设计

1.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 。

1.1 方案一

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。

1.2 方案二

C++11 扩展 delete 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，则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. 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。

2.1 方案一

将拷贝构造函数只声明不定义，并且将其和构造函数的访问权限设置为私有即可。

class HeapOnly
{
public:
	//提供的构造函数
	static HeapOnly* CreateObject()
	{
		return new HeapOnly;
	}
private:
	HeapOnly() {}
	HeapOnly(const HeapOnly&);
};

2.2 方案二

将构造函数的访问权限设置为私有，在拷贝构造函数后跟上 =delete，让编译器删除掉该默认成员函数。

class HeapOnly
{
public:
	//提供的函数
	static HeapOnly* CreateObject()
	{
		return new HeapOnly;
	}
private:
	HeapOnly(){}
	HeapOnly(const HeapOnly&) = delete;
};

3. 设计一个类，只能在栈上创建对象

同上将构造函数私有化，禁掉operator new和operator delete，可以把用new 调用拷贝构造申请对象给禁掉，然后设计静态方法创建对象返回即可。

class StackOnly
{
public:
	static StackOnly CreateObj()
	{
		return StackOnly();
	}
	void* operator new(size_t size) = delete;
	void operator delete(void* p) = delete;
private:
	StackOnly() {}
};

4. 设计一个类，不能被继承

4.1 方案一

将构造函数私有化，派生类中调不到基类的构造函数，则无法继承；额外设计一个静态函数来获取该基类对象。

class NonInherit
{
public:
	static NonInherit GetInstance()
	{
		return NonInherit();
	}
private:
	NonInherit()
	{}
};

4.2 方案二

使用final 关键字， final 修饰类，表示该类不能被继承。

class Base final 
{
    // 类定义
};

5. 设计一个类，只能创建一个对象(单例模式)

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

不管将来用不用，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() {};
	//防拷贝
	Singleton(Singleton const&) = delete;
	Singleton& operator=(Singleton const&) = delete;
	//将对象设为静态类型，在程序入口之前就完成单例对象的初始化
	static Singleton m_instance;
};

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。

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;