【C++】预处理器与宏及特殊类设计-优快云博客

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1. C++ 预处理器

1.1 预处理器简介

C++ 预处理器是在编译之前对源程序进行处理的程序。它主要负责处理以 # 开头的指令，如 #include、#define 等。预处理器的操作可以对代码进行一些预处理，比如包含头文件、定义宏等，这些操作有助于代码的组织和编写。

1.2 常用预处理器指令

#include：用于将头文件包含到源文件中。例如：

#include <iostream>

这会将 iostream 头文件的内容插入到当前源文件中，使得我们可以使用其中定义的输入输出流相关的功能，如 std::cout 和 std::cin。

#define：用于定义宏。例如：

#define PI 3.1415926

这里定义了一个名为 PI 的宏，它在预处理阶段会被替换为 3.1415926。在代码中可以使用这个宏来表示圆周率的值，比如：

double radius = 5.0;
double area = PI * radius * radius;

2. 宏

2.1 简单宏替换

宏在 C++ 中是一种简单的文本替换机制。除了像上面定义常量的宏，还可以定义更复杂的表达式宏。例如：

#define SQUARE(x) ((x)*(x))

在代码中使用这个宏：

int num = 4;
int result = SQUARE(num);

在预处理阶段，SQUARE(num) 会被替换为 ((num)*(num))，这里要注意宏参数的括号使用，以避免出现运算顺序问题。

2.2 带参数的宏

宏可以带有参数，并且可以根据参数生成不同的代码。例如，定义一个宏来实现两个数中的最大值：

#define MAX(a,b) ((a)>(b)?(a):(b))

使用这个宏：

int a = 10, b = 20;
int max_value = MAX(a,b);

在预处理时，MAX(a,b) 会被替换为 ((a)>(b)?(a):(b))。不过，这种宏也有一些潜在的问题，比如当参数是表达式时可能会出现多次计算的情况。

3. 特殊类设计

3.1 单例类设计

单例类是一种设计模式，保证一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。以下是一个简单的单例类实现：

class Singleton {
private:
    static Singleton* instance;
    Singleton() {};
public:
    static Singleton* getInstance() {
        if (instance == nullptr) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
};

Singleton* Singleton::instance = nullptr;

int main() {
    Singleton* s1 = Singleton::getInstance();
    Singleton* s2 = Singleton::getInstance();
    // s1 和 s2 指向同一个实例
    return 0;
}

在这个单例类中，构造函数是私有的，通过 getInstance 静态函数来获取唯一的实例。如果实例不存在，则创建一个新的实例。

3.2 不可复制类设计

有时候我们希望类的对象不能被复制，这可以通过将拷贝构造函数和赋值运算符声明为私有的来实现。例如：

class NonCopyable {
private:
    NonCopyable(const NonCopyable&) = delete;
    NonCopyable& operator=(const NonCopyable&) = delete;
public:
    NonCopyable() {};
};

int main() {
    NonCopyable nc1;
    // 以下代码会报错，因为拷贝构造函数被删除
    // NonCopyable nc2 = nc1;
    return 0;
}